本公開(kāi)總體上涉及儲(chǔ)能裝置，并且具體而言，涉及用于鋰離子電池組的陰極活性材料及其形成方法。

背景技術(shù)：

1、電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)被廣泛用于為電子、機(jī)電、電化學(xué)和其他有用裝置提供電力。鋰離子電池組是最常見(jiàn)的電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的實(shí)例之一，并且鋰離子電池組的普及歸因于其與其他電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)相比更高的能量密度。在過(guò)去十年中，鋰離子電池組的使用已從消費(fèi)電子產(chǎn)品擴(kuò)展到包括汽車工業(yè)在內(nèi)的其他領(lǐng)域。鋰離子電池組由四個(gè)主要部件組成：陰極電極、陽(yáng)極電極、電解質(zhì)和隔板(separator)，并且鋰離子電池組的至少一些成功可歸因于高能量密度電極的開(kāi)發(fā)。

2、目前，已知或已經(jīng)研究用于鋰離子電池組的陰極電極中的陰極活性材料的數(shù)量很少，例如在汽車工業(yè)中。陰極活性材料的實(shí)例包括屬于linio2(lno)、lini1-x-ycoxalyo2(nca)或lini1-x-ycoxmnyo2(ncm或nmc)家族的過(guò)渡金屬層狀氧化物。這些富鎳陰極活性材料可以提供高能量密度，部分原因在于它們的鎳含量高。盡管這些富鎳陰極活性材料已顯示出巨大的前景，但它們也有缺點(diǎn)，包括在重復(fù)的充電/放電循環(huán)中充電容量的顯著損失。因此，需要開(kāi)發(fā)改進(jìn)的富鎳陰極活性材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、出于概述本公開(kāi)和所實(shí)現(xiàn)的優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)的目的，本文中描述了本公開(kāi)的某些目的和優(yōu)點(diǎn)。并非所有這樣的目的或優(yōu)點(diǎn)都可以在任何特定實(shí)施方案中實(shí)現(xiàn)。因此，舉例來(lái)說(shuō)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)，本發(fā)明可以按照實(shí)現(xiàn)或優(yōu)化如本文所教導(dǎo)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)或一組優(yōu)點(diǎn)的方式實(shí)施或進(jìn)行而不一定實(shí)現(xiàn)如本文可能教導(dǎo)或建議的其他目的或優(yōu)點(diǎn)。

2、在第一個(gè)方面，提供了一種摻雜的富鎳陰極活性材料。所述摻雜的富鎳陰極活性材料包括化學(xué)式liniatmbmco2，其中tm為過(guò)渡金屬元素，m為摻雜劑元素，a為至少0.9的值，b為0.01至0.0995的值，且c為0.005至0.02的值。

3、在一些實(shí)施方案中，摻雜劑元素選自ca、mg、zr及其組合。在一些實(shí)施方案中，摻雜劑元素為zr和選自ca、mg及其組合的另一元素。在一些實(shí)施方案中，化合物包含至少約0.003的原子量的zr。在一些實(shí)施方案中，過(guò)渡金屬元素選自al、zr、mn、ti、co及其組合。在一些實(shí)施方案中，過(guò)渡金屬元素包括alx，其中x為0.01至0.03的值。在一些實(shí)施方案中，過(guò)渡金屬元素包括mnycoz，其中y為0至0.05的值，其中z為0至0.05的值。在一些實(shí)施方案中，過(guò)渡金屬元素包括alxmnycoz，其中x為0.01至0.03的值，其中y為0.01至0.05的值，其中z為0.01至0.05的值。在一些實(shí)施方案中，富鎳陰極活性材料還包括設(shè)置在富鎳陰極活性材料之上的包覆材料。在一些實(shí)施方案中，包覆材料選自硫化合物、金屬化合物及其組合。

4、在一些實(shí)施方案中，提供了包含摻雜的富鎳陰極活性材料的電極膜。在一些實(shí)施方案中，電極膜設(shè)置在集電器之上形成富鎳陰極電極。在一些實(shí)施方案中，儲(chǔ)能裝置包括富鎳陰極電極、隔板、陽(yáng)極電極、電解質(zhì)和殼體，其中富鎳陰極電極、隔板和陽(yáng)極電極定位在外殼內(nèi)。在一些實(shí)施方案中，儲(chǔ)能裝置為電池組。

5、在第二個(gè)方面，提供了一種包覆的富鎳陰極活性材料。所述包覆的富鎳陰極活性材料包括富鎳陰極活性材料和設(shè)置在富鎳陰極活性材料之上的硫包覆層。

6、在一些實(shí)施方案中，所述包覆的富鎳陰極活性材料還包括金屬包覆層。在一些實(shí)施方案中，硫包覆層包含選自二甲基砜、二甲亞砜、硫納米顆粒、十二烷基硫酸鈉、硫酸鈉、硫酸鋰及其組合的化合物。在一些實(shí)施方案中，金屬包覆層包含選自al、w、mo及其組合的元素。在一些實(shí)施方案中，包覆層包含多個(gè)包覆層。在一些實(shí)施方案中，富鎳陰極活性材料還包括摻雜劑元素。

7、在第三個(gè)方面，提供了一種制備摻雜的富鎳陰極活性材料的方法。所述方法包括將富鎳前體與摻雜劑材料和鋰源混合以形成鋰化富鎳前體混合物，并加熱該鋰化富鎳前體混合物以形成摻雜的富鎳陰極活性材料。

8、在一些實(shí)施方案中，方法還包括在所述摻雜的富鎳陰極活性材料之上設(shè)置硫包覆層材料。在第四個(gè)方面，提供了一種制備包覆的富鎳陰極活性材料的方法。所述方法包括將富鎳陰極活性材料與硫包覆層材料混合以形成富鎳陰極活性材料混合物，其中所述硫包覆層材料設(shè)置在所述富鎳陰極活性材料之上，并且加熱所述富鎳陰極活性材料混合物以形成包覆的富鎳陰極活性材料。

9、在一些實(shí)施方案中，富鎳陰極活性材料還包括摻雜劑元素。

10、所有這些實(shí)施方案均意在包括在本文公開(kāi)的發(fā)明的范圍內(nèi)。通過(guò)下文結(jié)合附圖對(duì)優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)描述，這些及其他實(shí)施方案對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見(jiàn)的，本發(fā)明不限于所公開(kāi)的任何特定優(yōu)選實(shí)施方案。

技術(shù)特征：

1.一種摻雜的富鎳陰極活性材料，所述材料包含具有以下化學(xué)式的化合物：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料，其中所述摻雜劑元素選自ca、mg、zr及其組合。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的材料，其中所述摻雜劑元素為zr和選自ca、mg及其組合的另一元素。

4.根據(jù)權(quán)利要求1-錯(cuò)誤！未找到引用來(lái)源中任一項(xiàng)所述的材料，其中所述化合物包含至少約0.003的原子量的zr。

5.根據(jù)權(quán)利要求1-錯(cuò)誤！未找到引用來(lái)源中任一項(xiàng)所述的材料，其中所述過(guò)渡金屬元素選自al、mn、ti、co及其組合。

6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的材料，其中所述過(guò)渡金屬元素包含alx，其中x為0.01至0.03的值。

7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的材料，其中所述過(guò)渡金屬元素包含mnycoz，其中y為0至0.05的值，其中z為0至0.05的值。

8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的材料，其中所述過(guò)渡金屬元素包含alxmnycoz，其中x為0.01至0.03的值，其中y為0.01至0.05的值，其中z為0.01至0.05的值。

9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的材料，所述材料還包含設(shè)置在所述摻雜的富鎳陰極活性材料之上的包覆材料。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的材料，其中所述包覆材料選自硫化合物、金屬化合物及其組合。

11.一種電極膜，所述電極膜包含根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的材料。

12.一種富鎳陰極電極，所述富鎳陰極電極包含設(shè)置在集電器之上的根據(jù)權(quán)利要求11所述的電極膜。

13.一種儲(chǔ)能裝置，所述儲(chǔ)能裝置包含：

14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述儲(chǔ)能裝置為電池組。

15.一種包覆的富鎳陰極活性材料，所述材料包含：

16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的材料，其中所述硫包覆層包含選自二甲基砜、二甲亞砜、硫納米顆粒、十二烷基硫酸鈉、硫酸鈉、硫酸鋰及其組合的化合物。

17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的材料，所述材料還包含金屬包覆層。

18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的材料，其中所述金屬包覆層包含選自al、w、mo及其組合的元素。

19.根據(jù)權(quán)利要求15中任一項(xiàng)所述的材料，其中所述包覆層包含多個(gè)包覆層。

20.根據(jù)權(quán)利要求15中任一項(xiàng)所述的材料，其中所述富鎳陰極活性材料包含摻雜劑元素。

21.一種制備根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的材料的方法，所述方法包括：

22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，所述方法還包括在所述摻雜的富鎳陰極活性材料之上設(shè)置硫包覆材料。

23.一種制備根據(jù)權(quán)利要求15中任一項(xiàng)所述的材料的方法，所述方法包括：

24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述富鎳陰極活性材料還包含摻雜劑元素。

技術(shù)總結(jié)
描述了摻雜且包覆的富鎳陰極活性材料及其制造方法。所述摻雜且包覆的富鎳陰極活性材料使得儲(chǔ)能裝置能夠具有改善的性能，包括但不限于改善的能量密度和容量保持率。

技術(shù)研發(fā)人員：A·P·阿爾維斯塔,S·高達(dá),V·H·梅塔,J·S·威爾遜
受保護(hù)的技術(shù)使用者：特斯拉公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21