用于合成镍钴铝电极的方法技术

制备用于在可充电电池使用的电极的方法，使用两个锂化步骤，其中包括第一锂化步骤在比第二锂化步骤更高的温度处进行。第二锂化步骤更高的温度处进行。第二锂化步骤更高的温度处进行。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于合成镍钴铝电极的方法
[0001]相关申请交叉引用
[0002]本申请要求于2019年2月1日提交的美国专利申请号第16/265,128的优先权，该美国专利申请要求于2018年10月20日提交美国专利申请号62/748,397的优先权，其内容通过引用以它们的整体并入。


[0003]本公开涉及可充电电池系统，更具体地涉及制造用于这种系统的镍钴铝(NCA)电极的方法。本公开还涉及可充电电池的制作，更具体地，涉及可充电电池单元的组装后形成和测试工艺。

技术介绍

[0004]可充电电池是针对电动交通工具、以及电网存储的能量存储系统的整体部件(例如，在功率断供期间作为备用功率，作为微电网的一部分等等)。许多可充电电池系统依赖锂化合物以用于电极中的一个电极或两个电极。在这样的系统中，由锂化合物制成的电极被用作可充电电池系统的整体部分。
[0005]制造包括在可充电电池系统中的电极的标准方法包括标准NCA(例如，LiNi1‑
x
‑
y
Co
x
Al
y
O2，其中x约为0.15至0.05，并且y约为0.06至0.01)锂化工艺和标准单晶NMC(例如，LiNi1‑
x
‑
y
Mn
x
Co
y
O2，其中x约为0.3至0.05，并且y约为0.2至0.5)锂化工艺。在标准NCA锂化工艺中，LiOH
·
H2O材料与NCA(OH)2(命名NCA(OH)2指的是Ni1‑
x
‑
y
Co
x
Al
y
(OH)2)前驱体利用指定的Li/其他金属(OM)比1.02来进行混合。2％的过量LiOH
·
H2O用于补偿在高温煅烧过程期间的锂损失。在单晶NMC锂化工艺中，多于2％的过量锂源(Li2CO3或LiOH
·
H2O)被使用(例如，对于NMC622为10％，并且对于NMC532为20％)。参见例如，Synthesis of Single Crystal LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2with Enhanced Electrochemical Performance for Lithium Ion Batteries；Li,Hongyang；Li,Jing；Ma,Xiaowei；等，JOURNAL OF THE ELECTROCHEMICAL SOCIETY，卷：165，页：A1038
‑
A1045(2018)；Synthesis of Single Crystal LiNi
0.5
Mn
0.3
Co
0.2
O
2 for Lithium Ion Batteries；Li,Jing；Li,Hongyang；Stone,Will；等,JOURNAL OF THE ELECTROCHEMICAL SOCIETY，卷：164，页：A3529
‑
A3537(2017)。附加地，较高的加热温度通常也被需要。
[0006]另外，将NCA材料加热到对于单晶生长足够高的温度会导致Li5AlO4形成。而且，包括较少的Li减少了Li5AlO4的形成，但这会导致具有较差电化学性能的材料。
[0007]定义
[0008]“单元”或“电池单元”通常是指电化学电池，其是一种能够从化学反应生成电能或、通过引入电能促进化学反应的设备。电池可以包含一个或多个单元。
[0009]“可充电电池”通常指的是一种可以充电、放电到负载并重复充电多次的电池类型。在本公开中，多个示例基于锂离子可充电电池而描述。然而，本专利技术的实施例不限于一种类型的可充电电池，而是可以结合各种可充电电池技术来应用。

技术实现思路

[0010]本公开包括制备用于在可充电电池使用的电极材料的方法。本方法允许产生单晶NCA材料，而不会产生导致电极中“死块”(dead mass)的杂质。NCA(OH)2和LiOH
·
H2O的混合物利用小于1.0的Li:OM比来制备。应当注意，Li:OM比是锂化材料中的锂的量与锂化材料中的其他金属的量的比值。这种混合物首先被加热到足够大的温度以允许单晶生长。由于Li:OM比小于1.0，Li5AlO4的形成被避免。然而，由于Li:OM比小于1.0，因此产物为Li1‑
z
(Ni1‑
x
‑
y
Co
x
Al
y
)
1+z
O2，其中z>0。除非z非常接近于零，否则这种材料的电化学特性很差。在第二次加热中加入少量的过量Li，q，使得：q>z。第二次加热的温度被选取为低于第一次加热的温度，使得最终产物中的Li:OM比靠近1.0，并且不产生Li5AlO4。通过这种方式，可以产生无杂质的单晶NCA。
[0011]本文公开的方法包括第一锂化步骤，其中锂和其他金属组分以小于1.0的第一锂/其他金属比存在，并且在800℃至950℃之间的温度处烧结达1小时至24小时之间的时间段，以获得第一锂化材料。该方法还包括第二锂化步骤，其中锂和其他金属组分以第二锂/其他金属比存在，并且进一步地，其中第一锂化电极材料与附加的LiOH
·
H2O在650到760℃之间处烧结在1与24小时之间的时间段，以获得第二锂化材料。
[0012]在一些实施例中，第一锂化材料包括具有式Li
(1
‑
x)
[Ni
0.88
Co
0.09
Al
0.03
](1+x)
O2的产物。
[0013]在另外的实施例中，第一锂/其他金属比为约0.6、约0.7、约0.8、0.9、约0.95或约0.975。
[0014]在其他实施例中，在第二锂化步骤期间，第一锂化产物被烧结约12小时。
[0015]在一些实施例中，第一锂/其他金属比和第二锂/其他金属比之和在1.0与1.03之间。
[0016]在另外的实施例中，其他金属组分包括：Al、Ni、Co、Mn、Mg或它们的组合。在其他实施例中，其他金属组分包括Ni、Co和Al。在另外的实施例中，其他金属组分包括Ni和Al。
[0017]根据本文提供的某些实施例，本公开还提供了使用本文描述的方法形成的电极，以及包括使用本文描述的方法形成的电极的可充电电池。
附图说明
[0018]图1A示出了NCA(OH)2前驱体的扫描电子显微镜(SEM)图像，其中4μm标尺条被示出，图1B示出了所得的NCA(OH)2产物的SEM图像，其中10μm标尺条被示出。
[0019]图2a至图2l示出了从各种第一锂化反应所得的产物的SEM图像，其中指示了5μm标尺条。图2a所示的是在950℃处利用0.95的Li/OM比，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种制备用于在可充电电池中使用的电极的方法，所述方法包括以下步骤：第一锂化步骤，其中第一锂组分和其他金属组分以小于1.0的第一锂/其他金属比存在，并且在800℃至950℃之间的温度处烧结达1小时至24小时之间的时间段，以获得第一锂化材料；第二锂化步骤，其中所述第一锂化材料与附加锂组分在650℃至760℃之间烧结达1小时至24小时之间的时间段，以获得具有总锂/其他金属比的第二锂化材料；以及由所述第二锂化材料形成锂电极。2.根据权利要求1所述的方法，其中第一锂组分是LiOH
·
H2O。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述附加锂组分是LiOH
·
H2O。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述其他金属组分包括锂镍钴铝氧化物(NCA)前驱体、锂镍锰钴氧化物(NMC)前驱体或其组合。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述其他金属组分是NCA(OH)2，NCA(OH)2具有式Ni1‑
x
‑
y
Co
x
Al
y
(OH)2。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一锂化材料包括具有式Li
(1
‑
x)
[Ni
0.88
Co
0.09
Al
0.03
]
(1+x)
O2的产物。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一锂/其他金属比为约0.6至0.975。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一锂/其他金属比为约0.6。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一锂/其他金属比为约0.7。10.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一锂/其他金属比为约0.8。11....

【专利技术属性】
技术研发人员：李洪阳，李晶，J，
申请(专利权)人：特斯拉公司，
类型：发明
国别省市：