用于阴极材料的含锂涂层制造技术

本发明专利技术涉及用于阴极材料的含锂涂层。提供了一种正电极，其包括限定电活性层的多个电活性颗粒。第一含锂涂层设置在电活性层的一个或多个表面上。第一含锂涂层覆盖电活性层的介于约30%和约50%之间的总暴露表面积。第二含锂涂层涵盖所述多个电活性颗粒中的至少一个电活性颗粒。第二含锂涂层覆盖介于约95%和约100%之间的所述至少一个电活性颗粒。第一含锂涂层和第二含锂涂层各自具有介于约0.2 nm和约5 nm之间的厚度。正电极还包括电解质添加剂，该电解质添加剂有助于在第一含锂涂层的暴露表面上形成第一钝化层，以及在第二含锂涂层的暴露表面上形成第二钝化层。露表面上形成第二钝化层。露表面上形成第二钝化层。

【技术实现步骤摘要】
用于阴极材料的含锂涂层


[0001]本专利技术涉及用于阴极材料的含锂涂层。

技术介绍

[0002]本节提供与本公开相关的背景信息，其不必然是现有技术。
[0003]需要高级能量存储装置和系统以满足各种产品（包括汽车产品，诸如启停系统（例如，12 V启停系统）、电池辅助系统、混合动力电动车辆（“HEV”）和电动车辆（“EV”））的能量和/或动力要求。典型的锂离子电池包括至少两个电极和电解质和/或分隔件。两个电极中的一个可用作正电极或阴极，且另一电极可用作负电极或阳极。分隔件和/或电解质可设置在负电极和正电极之间。电解质适合于在电极之间传导锂离子，并且类似于两个电极，可呈固体和/或液体形式和/或其混合的形式。在包括固态电极和固态电解质的固态电池的情况下，固态电解质可物理地分隔电极使得不需要独立的分隔件。
[0004]在各种方面中，正电极可包括富镍电活性材料。然而，这种材料常常易受材料损耗影响，材料损耗由与电解质和/或负电活性材料（特别是锂金属阳极）反应造成。这些反应常常是放热的，并且通常负面地影响电池单元的热稳定性和寿命。将期望开发能够解决这些挑战的改进的电极和电活性材料，以及使用这些电极和电活性材料的方法。

技术实现思路

[0005]本节提供了本公开的总体概述，并且不是对其完整范围或其所有特征的详尽公开。
[0006]本公开涉及正电极或阴极材料（具体地含锂涂层和电解质添加剂）以及制造和使用这些正电极或阴极材料的方法。
[0007]在各种方面中，本公开提供了一种正电极，其包括：正电活性材料，其限定电活性材料层；以及含锂涂层，其设置在电活性材料层的一个或多个表面上。含锂涂层可具有大于或等于约0.2 nm至小于或等于约5 nm的厚度，以及大于或等于约10
‑
7 S/cm至小于或小于约10
‑
3 S/cm的离子电导率。
[0008]在一个方面中，正电活性材料可选自由以下各者组成的组：NCM 111、NCM 532、NCM 622、NCM 712、NCM 811、NCMA、NCA、LNMO及其组合。
[0009]在一个方面中，含锂涂层可包括选自由以下各者组成的组的含锂材料：磷酸锂、氧化铝锂、铌酸锂、硅酸锂、氟化锂铝（lithium alumina fluoride）、氟化锂、锂磷氧氮（LiPON）及其组合。
[0010]在一个方面中，含锂涂层可覆盖电活性材料层的大于或等于约30%至小于或等于约50%的总表面积。
[0011]在一个方面中，正电极可还包括大于0 wt.%至小于或等于约1 wt.%的电解质添加剂。电解质添加剂可由Li[B(OCH2)
x
CF3)4]表示，其中1 ≤ x ≤ 6。
[0012]在一个方面中，电解质添加剂可包括：
及其组合。
[0013]在一个方面中，正电极可还包括钝化层，该钝化层由在含锂涂层的一个或多个暴露表面上的电解质添加剂限定。钝化层可具有大于或等于约0.2 nm至小于或等于约5 nm的厚度。钝化层可覆盖含锂涂层的大于或等于约0.1%至小于或等于约50%的总暴露表面积。
[0014]在一个方面中，可使用原子层沉积（ALD）工艺或等离子体增强原子层沉积（PEALD）工艺中的一种来制备含锂涂层，其中涂层前体包括一种或多种二元或三元化合物、一种或多种锂源前体，以及一种或多种氧化剂。
[0015]在一个方面中，所述一种或多种二元或三元化合物可选自由以下各者组成的组：磷酸锂、氧化铝锂、铌酸锂、硅酸锂、氟化锂铝、氟化锂、锂磷氧氮（LiPON）及其组合。
[0016]在一个方面中，所述一种或多种锂源前体可选自由以下各者组成的组：叔丁醇锂（LiOtBu）、双(三甲基硅基)氨基锂（LiHMDS）、2,2,6,6
‑
四甲基
‑
3,5
‑
庚二酮酸锂（Lithd）、氨基锂及其组合。
[0017]在一个方面中，所述一种或多种氧化剂可选自由以下各者组成的组：磷酸三甲酯（(MeO)3PO）（TMPO）、H2O、TiF4、NH4F、O3、O2及其组合。
[0018]在一个方面中，原子层沉积（ALD）工艺或等离子体增强原子层沉积（PEALD）工艺可具有大于或等于约100
°
C至小于或等于约250
°
C的沉积温度。
[0019]在一个方面中，含锂涂层可以是第一涂层，正电活性材料可由多个正电活性材料颗粒限定，并且正电极可还包括包围所述多个正电活性材料颗粒中的至少一个正电活性材料颗粒的至少一个第二含锂涂层。所述至少一个第二含锂涂层可具有大于或等于约0.2 nm至小于或等于约5 nm的厚度。所述至少一个第二含锂涂层可覆盖所述至少一个正电活性材料颗粒的大于或等于约95%至小于或等于约100%的总暴露表面积。
[0020]在一个方面中，所述至少一个第二含锂涂层可包括选自由以下各者组成的组的含锂材料：磷酸锂、氧化铝锂、铌酸锂、硅酸锂、氟化锂铝、氟化锂、锂磷氧氮（LiPON）及其组合。
[0021]在一个方面中，可使用原子层沉积（ALD）工艺和等离子体增强原子层沉积（PEALD）工艺中的一种来制备所述至少一个第二含锂涂层，其中涂层前体包括一种或多种二元或三
元化合物、一种或多种锂源前体以及一种或多种氧化剂。
[0022]在各种方面中，本公开提供了一种正电极，其包括：多个正电活性材料颗粒，其限定电活性材料层；以及至少一个含锂涂层，其包围所述多个正电活性材料颗粒中的至少一个正电活性材料颗粒。所述至少一个含锂涂层可具有大于或等于约0.2 nm至小于或等于约5 nm的厚度。所述至少一个含锂涂层可具有大于或等于约10
‑
7 S/cm至小于或等于约10
‑
3 S/cm的离子电导率。
[0023]在一个方面中，正电活性材料可选自由以下各者组成的组：NCM 111、NCM 532、NCM 622、NCM 712、NCM 811、NCMA、NCA、LNMO及其组合。
[0024]在一个方面中，含锂涂层可包括选自由以下各者组成的组的含锂材料：磷酸锂、氧化铝锂、铌酸锂、硅酸锂、氟化锂铝、氟化锂、锂磷氧氮（LiPON）及其组合。
[0025]在一个方面中，含锂涂层可覆盖所述至少一个正电活性材料颗粒的大于或等于约95%至小于或等于约100%的总暴露表面积。
[0026]在一个方面中，正电极可还包括大于0 wt.%至小于或等于约1 wt.%的电解质添加剂。电解质添加剂可由Li[B(OCH2)
x
CF3)4]表示，其中1 ≤ x ≤ 6。
[0027]在一个方面中，正电极可还包括钝化层，该钝化层由设置在含锂涂层的一个或多个暴露表面上的电解质添加剂限定。钝化层可具有大于或等于约0.2 nm至小于或等于约5 nm的厚度。钝化层可覆盖含锂涂层的大于或等于约30%至小于或等于约50%的总暴露表面积。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正电极，其包括：正电活性材料，其限定电活性材料层；以及含锂涂层，其设置在所述电活性材料层的一个或多个表面上，所述含锂涂层具有大于或等于约0.2 nm至小于或等于约5 nm的厚度，以及大于或等于约10
‑
7 S/cm至小于或小于约10
‑
3 S/cm的离子电导率。2.根据权利要求1所述的正电极，其中，所述正电活性材料选自由以下各者组成的组：NCM 111、NCM 532、NCM 622、NCM 712、NCM 811、NCMA、NCA、LNMO及其组合，并且所述含锂涂层包括选自由以下各者组成的组的含锂材料：磷酸锂、氧化铝锂、铌酸锂、硅酸锂、氟化锂铝、氟化锂、锂磷氧氮（LiPON）及其组合。3.根据权利要求1所述的正电极，其中，所述含锂涂层覆盖所述电活性材料层的大于或等于约30%至小于或等于约50%的总表面积。4.根据权利要求1所述的正电极，其还包括：大于0 wt.%至小于或等于约1 wt.%的电解质添加剂，其中，所述电解质添加剂由Li[B(OCH2)
x
CF3)4]表示，其中1 ≤ x ≤ 6。5.根据权利要求4所述的正电极，其中，所述电解质添加剂包括：及其组合。6.根据权利要求4所述的正电极，其还包括：钝化层，其由设置在所述含锂涂层的一个或多个暴露表面上的电解质添加剂限定，其中，所述钝化层具有大于或等于约0.2 nm至小于或等于约5 nm的厚度并且覆盖所述含锂涂层的大于或等于约0.1%至小于或等于约50%的总暴露表面积。7.根据权利要求1所述的正电极，其中，使用原子层沉积（ALD）工艺或等离子体增强原子层沉积（PEALD）工艺中的一种来制备所述含锂涂层，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：王碧琼，何美楠，A，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：