用于高能量电极的组合物和制造方法和用途技术

本发明专利技术提供了一种用于形成电极的材料，该材料由式Li1+x+aMn1‑x‑y‑z‑wDwNiyCozO2‑δ表示，其中0≤a≤0.1，0.1≤x≤0.5，0≤y＜1，0≤z≤0.5，0＜w≤0.5，且0≤δ≤0.3。该材料减少了在使用富锂层状氧化物电极材料的电化学池中的电压衰减。

Composition for high energy electrode and its manufacturing method and use

The present invention provides a method for forming the electrode material, the material is Li1+x+aMn1 X Y Z wDwNiyCozO2 Delta, and 0 = a = 0.1, 0.1 = x = 0.5, 0 = y = 1, 0 = z = 0.5, w < 0 < 0.5, and less than 0. Less than or equal to 0.3. The material reduces the voltage decay in an electrochemical cell using a lithium rich layered oxide electrode material.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利技术背景本专利技术属于蓄电池技术的领域，并且更具体地，在电化学池的电极中使用的改进活性材料的领域中。对于用于二次蓄电池的阴极的活性材料的研究已经得到了若干类活性材料。一类活性材料是“过锂化的(over-lithiated)”层状氧化物(OLO)，其一个常见版本可以表示为：xLi2MnO3·(1-x)Li[MniNijCok]O2(i)其中，0＜x＜1，I+j+k＝1，且i是非零的。这样的材料对于下一代蓄电池来说是有前途的候选者，因为它们具有高比容量。此类阴极的主要缺点中的两点是：(1)在初始循环期间伴随气体生成的大的不可逆容量损失，和(2)在循环期间的电压衰减(fade)。电压衰减不仅仅降低了电池能量密度，而且从蓄电池管理的观点来看也是不可接受的。尽管正在对OLO材料中的电压衰减进行研究(见例如，ProgressReportforSecondQuarterFY2013，AppliedBatteryResearchforTransportation(B&RNo.VT-1102000))，对于具有改善的电压衰减性能的OLO型材料仍有需要。专利技术简要概述根据本专利技术的一些实施方案，本文呈现了用于减小富锂层状氧化物材料的电压衰减的组合物和方法。包括用于制造组合物的方法和用于制造和使用包含组合物的蓄电池的方法。根据本专利技术的一些实施方案，电极包含由Li1+x+aMn1-x-y-z-wDwNiyCozO2-δ表示的材料，其中0≤a≤0.1，0.1≤x≤0.5，0≤y＜1，0≤z≤0.5，0＜w≤0.5，且0≤δ≤0.3。Dw包含Ru和Sn。电极可以包含由Li2MnO3表示的材料的单斜相，并且该单斜相还可以包含在Mn位置的掺杂剂。材料可以是Li1.17Mn0.4Ru0.1Sn0.03Ni0.2Co0.1O2。根据本专利技术的一些实施方案，电极包含通过共沉淀或固态合成而形成的掺杂的材料。附图的一些视图的简述图1图示了对于若干化合物来说电压性能作为循环的函数的表征，所述若干化合物包括对照化合物和根据本专利技术实施方案形成的化合物。专利技术详述以下定义用于关于本专利技术的一些实施方案描述的一些方面。这些定义可以在本文中扩展。可以进一步通过描述、图和实例说明和示例各个术语。在此说明书中，对术语的解释应当考虑在此呈现的完整描述、图和实例。单数形式“一个(a)”、“一个(an)”和“该”包括复数，除非上下文明清楚地另外指明。因此，例如，对一个对象的引用可以包括多个对象，除非上下文明清楚地另外指明。术语“基本上”和“基本上的”指的是相当大的程度或范围。当结合情形或情况使用时，所述术语可以指其中所述情形或情况精确地出现的场合，也可以指其中所述情形或情况以非常接近的程度(例如考虑到本文描述的实施方案的典型公差水平或可变性)出现的场合。术语“约”指的是大约接近给定值的值范围以考虑到本文描述的实施方案的典型公差水平、测量精确性或其他可变性。术语“过渡金属”指的是在周期表的第3到第12族中的化学元素，包括钪(Sc)、钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)、锌(Zn)、钇(Y)、锆(Zr)、铌(Nb)、钼(Mo)、锝(Tc)、钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、银(Ag)、镉(Cd)、铪(Hf)、钽(Ta)、钨(W)、铼(Re)、锇(Os)、铱(Ir)、铂(Pt)、金(Au)、汞(Hg)、(Rf)、(Db)、(Sg)、(Bh)、(Hs)、和(Mt)。术语“贱金属”指的是元素铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、铊(Tl)、锡(Sn)、铅(Pb)、铋(Bi)和钋(Po)。倍率“C”指的是(取决于上下文)，放电电流相对于“1C”电流值(在该电流值(处于基本上充满电的状态的)蓄电池会在一小时内放完电)的分数或倍数，或者充电电流相对于“1C”电流值(在该电流值(处于基本上放完电的状态的)蓄电池会在一小时内充满电)的分数或倍数。术语“OLO”指的是过锂化的氧化物材料。OLO材料的通式由式(ii)表示：xLiMO2·(1-x)Li2M’O3(ii)其中0＜x＜1且M是一种或多种具有平均三价氧化态的金属离子，且M’是一种或多种具有平均四价氧化态的金属离子。在一些优选的场合下，x的范围可以为0.3≤x≤0.9。术语“过锂化的NMC”指的是其中镍、锰和钴作为M’存在的式(ii)的材料。式(i)表示的材料是过锂化的NMC。过锂化的NMC材料因此是OLO材料的一个子群。某些蓄电池特性可以随着温度在一定程度上变化，这样的特性在室温(约30摄氏度)是特异性的，除非上下文明清楚地另外指明。本文中出现的范围包括它们的端点。因此，例如，1至3的范围包括1和3以及中间值。术语“研磨”和“混合”可互换使用，例外是规定低能量混合工艺的场合。在那种场合下，主要将材料混合而非研磨。在某些实施方案中，形成OLO材料，其中一些原子位置被至少两种掺杂剂掺杂。掺杂剂可以选自过渡金属、贱金属、以及它们的组合。掺杂位置可以是OLO材料的任一相中的过渡金属位置。可以通过合适的合成方法，制备被掺杂的材料，所述方法包括共沉积、固态合成、等等。本文呈现了合成方法的非限制性实例。在一个优选的实施方案中，将过渡金属和贱金属各自掺杂到OLO材料的过渡金属位置。例如，可以将Ru和Sn掺杂到OLO材料的Mn位置。在此优选的实施方案中，材料可以具有根据式(iii)的组成：Li1+x+aMn1-x-y-z-wDwNiyCozO2-δ(iii)其中0≤a≤0.1，0.1≤x≤0.5，0≤v＜1，0≤z≤0.5，0＜w≤0.5，且0≤δ≤0.3。D是Ru、Sn、或它们的组合。例如，未被掺杂的材料可以具有式Li1.17Mn0.53Ni0.2Co0.1O2。利用此原材料，可以根据合适的合成方法添加掺杂剂，以得到Ru和Sn在Mn位置处的掺杂。可以将D进一步限定为由D1p和D2q构成，其中p+q＝w，w如本文中所定义的。在式(iii)中，a是过量的锂，并且因此Li的量不仅受Mn位置中x的值的影响，而且受额外存在的锂的量的影响。以下的式表示了根据式(iii)的可能的优选掺杂水平的范围，其中0.3≤1-x-y-z-w≤0.5且0.03≤w≤0.23。进而，这些式表示Rup和Snq的值的范围，其中q≤0.03，且p在0.01至0.2变化。Li1.17Mn0.5Ru0.01Sn0.02Ni0.2Co0.1O2Li1.17Mn0.5Ru0.02Sn0.01Ni0.2Co0.1O2Li1.17Mn0.49Ru0.01Sn0.03Ni0.2Co0.1O2Li1.17Mn0.48Ru0.02Sn0.03Ni0.2Co0.1O2Li1.17Mn0.47Ru0.03Sn0.03Ni0.2Co0.1O2Li1.17Mn0.46Ru0.04Sn0.03Ni0.2Co0.1O2Li1.17Mn0.45Ru0.05Sn0.03Ni0.2Co0.1O2Li1.17Mn0.44Ru0.06Sn0.03Ni0.2Co0.1O2Li1.17Mn0.43Ru0.07Sn0.03Ni0.2Co0.1O2Li1.17Mn0.42Ru0.08Sn0.03Ni0.2Co0.1O2Li1.17Mn0.41Ru0.09Sn0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电极，所述电极包括：由Li1+x+aMn1‑x‑y‑z‑wDwNiyCozO2‑δ表示的材料，其中0≤a≤0.1，0.1≤x≤0.5，0≤y＜1，0≤z≤0.5，0＜w≤0.5，且0≤δ≤0.3；其中Dw包括Ru和Sn且其中y或z中的一个是非零的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.18 US 14/308,6901.一种电极，所述电极包括：由Li1+x+aMn1-x-y-z-wDwNiyCozO2-δ表示的材料，其中0≤a≤0.1，0.1≤x≤0.5，0≤y＜1，0≤z≤0.5，0＜w≤0.5，且0≤δ≤0.3；其中Dw包括Ru和Sn且其中y或z中的一个是非零的。2.权利要求1所述的电极，其中Dw包括Rup和Snq，其中p+q＝w。3.权利要求2所述的电极，其中0.01≤p＜0.5。4.权利要求2所述的电极，其中0.01≤p≤0.3。5.权利要求2所述的电极，其中0.05≤p≤0.15。6.权利要求2所述的电极，其中0.01≤q＜0.5。7.权利要求2所述的电极，其中0.01≤q≤0....

【专利技术属性】
技术研发人员：李斌，杨仁贤，佟威，
申请(专利权)人：野猫技术开发公司，天津巴莫科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US