本公開總體上涉及儲能裝置,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:
1、電化學儲能系統被廣泛用于為電子、機電、電化學和其他有用裝置提供電力。鋰離子電池組是最常見的電化學儲能系統的實例之一,并且鋰離子電池組的普及歸因于其與其他電化學儲能系統相比更高的能量密度。在過去十年中,鋰離子電池組的使用已從消費電子產品擴展到包括汽車工業在內的其他領域。鋰離子電池組由四個主要部件組成:陰極電極、陽極電極、電解質和隔板(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發。
2、目前,已知或已經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量很少,例如在汽車工業中。陰極活性材料的實例包括屬于linio2(lno)、lini1-x-ycoxalyo2(nca)或lini1-x-ycoxmnyo2(ncm或nmc)家族的過渡金屬層狀氧化物。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,包括在重復的充電/放電循環中充電容量的顯著損失。因此,需要開發改進的富鎳陰極活性材料。
技術實現思路
1、出于概述本公開和所實現的優于現有技術的優點的目的,本文中描述了本公開的某些目的和優點。并非所有這樣的目的或優點都可以在任何特定實施方案中實現。因此,舉例來說,本領域技術人員應認識,本發明可以按照實現或優化如本文所教導的一個優點或一組優點的方式實施或進行而不一定實現如本文可能教導或建議的其他目的或優點。
2、在第一個方面,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式liniatmbmco2,其中tm為過渡金屬元素,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、在一些實施方案中,摻雜劑元素選自ca、mg、zr及其組合。在一些實施方案中,摻雜劑元素為zr和選自ca、mg及其組合的另一元素。在一些實施方案中,化合物包含至少約0.003的原子量的zr。在一些實施方案中,過渡金屬元素選自al、zr、mn、ti、co及其組合。在一些實施方案中,過渡金屬元素包括alx,其中x為0.01至0.03的值。在一些實施方案中,過渡金屬元素包括mnycoz,其中y為0至0.05的值,其中z為0至0.05的值。在一些實施方案中,過渡金屬元素包括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。在一些實施方案中,富鎳陰極活性材料還包括設置在富鎳陰極活性材料之上的包覆材料。在一些實施方案中,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。在一些實施方案中,電極膜設置在集電器之上形成富鎳陰極電極。在一些實施方案中,儲能裝置包括富鎳陰極電極、隔板、陽極電極、電解質和殼體,其中富鎳陰極電極、隔板和陽極電極定位在外殼內。在一些實施方案中,儲能裝置為電池組。
5、在第二個方面,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置在富鎳陰極活性材料之上的硫包覆層。
6、在一些實施方案中,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。在一些實施方案中,包覆層包含多個包覆層。在一些實施方案中,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置硫包覆層材料。在第四個方面,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、所有這些實施方案均意在包括在本文公開的發明的范圍內。通過下文結合附圖對優選實施方案的詳細描述,這些及其他實施方案對于本領域技術人員將是顯而易見的,本發明不限于所公開的任何特定優選實施方案。
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式的化合物:
2.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求1-錯誤!未找到引用來源中任一項所述的材料,其中所述化合物包含至少約0.003的原子量的zr。
5.根據權利要求1-錯誤!未找到引用來源中任一項所述的材料,其中所述過渡金屬元素選自al、mn、ti、co及其組合。
6.根據權利要求1-5中任一項所述的材料,其中所述過渡金屬元素包含alx,其中x為0.01至0.03的值。
7.根據權利要求1-6中任一項所述的材料,其中所述過渡金屬元素包含mnycoz,其中y為0至0.05的值,其中z為0至0.05的值。
8.根據權利要求1-7中任一項所述的材料,其中所述過渡金屬元素包含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.根據權利要求1-8中任一項所述的材料,所述材料還包含設置在所述摻雜的富鎳陰極活性材料之上的包覆材料。
10.根據權利要求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權利要求1-10中任一項所述的材料。
12.一種富鎳陰極電極,所述富鎳陰極電極包含設置在集電器之上的根據權利要求11所述的電極膜。
13.一種儲能裝置,所述儲能裝置包含:
14.根據權利要求13所述的儲能裝置,其中所述儲能裝置為電池組。
15.一種包覆的富鎳陰極活性材料,所述材料包含:
16.根據權利要求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.根據權利要求15或16所述的材料,所述材料還包含金屬包覆層。
18.根據權利要求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.根據權利要求15中任一項所述的材料,其中所述包覆層包含多個包覆層。
20.根據權利要求15中任一項所述的材料,其中所述富鎳陰極活性材料包含摻雜劑元素。
21.一種制備根據權利要求1-10中任一項所述的材料的方法,所述方法包括:
22.根據權利要求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置硫包覆材料。
23.一種制備根據權利要求15中任一項所述的材料的方法,所述方法包括:
24.根據權利要求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。