用于阴极的抗退化涂层制造技术

本公开总体上涉及用于锂离子电池(LIB)的阴极活性材料的涂层材料以及用于识别这种涂层材料的方法。涂层是锂过渡金属磷氧化物材料(Li

【技术实现步骤摘要】
用于阴极的抗退化涂层
[0001]引言
[0002]本技术总体上涉及锂可再充电电池。更特别地，本技术涉及用于诸如锂离子电池(LIB)等二次可再充电电池的涂层材料。
[0003]现已发现，锂过渡金属磷氧化物(Li
‑
M
‑
P
‑
O)材料可用作锂离子电池(LIB)中阴极活性材料表面上或其他组件上的涂层材料。涂层是离子导电的，同时是电绝缘的，并且它们可以保护下面的阴极活性材料不与更常规的涂层材料或电解质降解产物反应。因此，本公开提供了基于这种锂过渡金属磷氧化物的涂层、制备方法以及将它们结合到LIB中的方法。

技术实现思路

[0004]防止电池退化(特别是在经受高电压的阴极侧上)的最常见方法中的一个方法是利用保护涂层。通常，氧化物型涂层用于承受LIB的苛刻的、意想不到的操作条件。涂层的三个主要作用是：1)形成改性的阴极电解质界面(CEI)，这有助于稳定电极与电解质之间的界面，特别是在电解质分解的情况下；2)改善电解质润湿以确保均匀的Li
+
离子嵌入(脱嵌)；以及3)抑制作为物理屏障的阴极材料的表面相变(即，表面分解)。
[0005]本技术解决了对具有优于本领域当前状态的性质的氧化物涂层的当前需求。当应用于高Ni阴极材料时，锂过渡金属磷氧化物(“Li
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M
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P
‑
O”)涂层有助于热稳定性和电化学稳定性。Li
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M
‑
P
‑
O涂层还通过清除诸如HF和PF5‑
等有问题的化合物来改善LIB的性能，同时对于富镍阴极是稳定的。
[0006]下面详细讨论这些方面和其他方面以及具体实施。前述信息和以下详细描述包括各个方面和具体实施的例示性示例，并且提供用于理解受权利要求书保护的方面和具体实施的性质和特性的概述或框架。附图提供了对各方面和具体实施的说明和进一步理解，并且并入本说明书并构成本说明书的一部分。前述信息和以下详细描述和附图包括例示性示例并且不应被视为限制性的。
附图说明
[0007]图1展示了LiFePO4和NMC811之间的化学反应。x轴展示了LiFePO4的摩尔分数，其中x＝0是100％的NMC811并且x＝1是100％的LiFePO4。y轴描述以eV/原子计的反应焓。
[0008]图2是如本公开中所讨论的包括不连续涂层的本技术的阴极组合物的各种实施方案的示意图。
[0009]图3是如本公开中所讨论的包括第一涂层材料和第二涂层材料的本技术的阴极组合物的各种实施方案的示意图。
[0010]图4是根据各种实施方案的可包括在本技术的涂层中的Li
‑
M
‑
P
‑
O晶体结构的示意性非限制性图示。
[0011]图5是根据各种实施方案的电动车辆的横截面视图的图示。
[0012]图6是根据各种实施方案的例示性电池组的描绘。
[0013]图7是根据各种实施方案的例示性电池模块的描绘。
[0014]图8、图9和图10是根据各种实施方案的各种电池的横截面图示。
具体实施方式
[0015]下文中描述各种实施方案。应注意，具体实施方案并非旨在作为穷尽描述或作为对本文所讨论的更广泛方面的限制。结合特定实施方案描述的一个方面未必限于该实施方案，且可与任何其他实施方案一起实践。
[0016]如本文中所使用，“约”将被本领域普通技术人员理解并且将取决于其所使用于的上下文而在一定程度上变化。如果此术语的使用对于本领域普通技术人员来说是不清楚的，考虑到其所使用于的上下文，则“约”将意味着此特定术语的至多加或减10％。
[0017]如在本公开中使用的短语“和/或”将被理解为是指所列举的成员中的任何一个单独地或其任何两个或更多个的组合——例如，“A、B和/或C”将意味着“A、B、C、A和B、A和C、B和C或A、B和C的组合”。
[0018]在描述要素的上下文中(特别是在所附权利要求书的上下文中)，术语“一(a)”和“一(an)”和“该”以及类似指示物的使用应被解释为涵盖单数和复数，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾。除非本文中另有说明，否则本文中数值范围的列举仅旨在用作单独提及落入该范围内的每个单独数值的速记方法，并且每个单独数值被并入说明书中，如同其在本文中被单独列举。本文所描述的所有方法可以任何合适的顺序执行，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾。除非另有说明，否则本文提供的任何和所有实例或示例性语言(例如，“诸如”)的使用仅旨在更好地阐明实施方案，并且不对权利要求的范围造成限制。说明书中的语言不应被解释为表明任何未要求保护的要素是必需的。
[0019]防止锂离子电池(“LIB”)退化的一个选项是在电活性物质上使用保护涂层，特别是关于电池中所使用的阴极活性材料。通常，金属氧化物型涂层用于承受LIB内的苛刻操作条件。阴极分解可在结构相变期间(即，其中锂离子从电极材料嵌入(脱嵌))和/或在与LIB的诸如电解质和集电器等其他组件接触时发生。例示性的市售阴极活性材料包括但不限于LiCoO2、Li(Ni
a
Mn
b
Co
c
)O2(也称为LiNMC材料)、Li(Ni
a
Co
b
Al
c
)O2(也称为LiNCA材料)、Li(Ni
d
Co
e
Mn
f
Al
g
)O2(也称为LiNCMA材料)和Li(Mn
α
Ni
β
)2O4，其中a+b+c＝1，d+e+f+g＝1并且α+β＝1。这种阴极活性材料上的涂层实现：1)形成改性的固体电解质界面(SEI)和/或阴极电解质界面(CEI)，这有助于稳定电极与电解质之间的界面；2)改善电解质润湿以确保均匀的Li
+
离子嵌入和脱嵌；以及3)抑制作为物理屏障的阴极材料的表面相变(即，表面分解)。
[0020]LiNMC材料可以在高电压下操作——例如相对于Li/Li
+
高于4V。在这样的高电压下，特别是在第一循环充电电池形成步骤期间，电解质分解是普遍的，通常在相对于Li/Li
+
约4.2V开始。Al2O3已经是已在LIB中使用的研究较多的二元氧化物涂层中的一个二元氧化物涂层。从电池循环的角度来看，掺入Al2O3或其他二元金属氧化物材料作为电极涂层材料是有益的。然而，现在已发现当应用于LiNMC时，Al2O3消耗锂离子并经历相变。例如，当富Ni的LiNi
0.8
Mn
0.1
Co
0.1
O2(NMC811)阴极活性材料与Al2O3涂层反应时，发生以下反应：
[0021]0.319LiNi
0.8
Mn
0.1
Co
0.1
O2+0.681本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电极组合物，所述电极组合物包括颗粒体阴极活性材料，所述颗粒体阴极活性材料包括在所述颗粒体阴极活性材料的表面上的锂过渡金属磷氧化物涂层；其中所述颗粒体阴极活性材料具有层状结构。2.根据权利要求1所述的电极组合物，其中所述锂过渡金属磷氧化物涂层包括：较大NMC811稳定性分数，此时所述锂过渡金属磷氧化物涂层被归一化为100％的LiFePO4的涂层；或者较大HF分数，此时所述锂过渡金属磷氧化物涂层被归一化为100％的LiFePO4的涂层；或者它们的组合。3.根据权利要求1所述的电极组合物，其中所述锂过渡金属磷氧化物包括LiMnPO4、LiV(PO3)4或它们的混合物。4.根据权利要求1所述的电极组合物，其中所述锂过渡金属磷氧化物包括LiNiPO4、LiCrP2O7、Li2MnP2O7、Li2FeP2O7、LiCo(PO3)3或它们中的任何两者或更多者的混合物。5.根据权利要求1所述的电极组合物，其中所述锂过渡金属磷氧化物包括LiCoPO4、LiSnPO4、Li3Mn3(PO4)4或它们中的任何两者或更多者的混合物。6.根据权利要求1所述的电极组合物，其中所述锂过渡金属磷氧化物涂层包括除LiFePO4以外的锂过渡金属磷氧化物。7.根据权利要求6所述的电极组合物，其中所述涂层还包括LiFePO4。8.根据权利要求1所述的电极组合物，其中所述颗粒体阴极活性材料是具有大于70wt％镍的富镍阴极活性材料。9.根据权利要求1所述的电极组合物，其中所述颗粒体阴极活性材料是锂镍锰钴氧化物(“LiNMC”)阴极材料。10.根据权利要求1所述的电极组合物，其中所述颗粒体阴极活性材料是LiCoO2、Li(Ni
a
Mn
b
Co
c
)O2或Li(Mn
α
Ni
β
)2O4，其中a+b+c＝1，并且α+β＝1。11.根据权利要求1所述的电极组合物，其中所述锂过渡金属磷氧化物包括大于4V的氧化还原电压。12.根据权利要求1所述的电极组合物，其中所述锂过渡金属磷氧化物涂层具有橄榄石型结构。13....

【专利技术属性】
技术研发人员：金秀，金泰庆，朴基泰，
申请(专利权)人：瑞维安知识产权控股有限责任公司，
类型：发明
国别省市：