[发明专利]用于LiNbO3

说明书

本发明提供一种用于形成特别用于电池的经涂覆的锂离子阴极材料的改进方法。该方法包括形成第一溶液，该第一溶液包含适于形成阴极氧化物前体的第一金属的可消化原料和多羧酸。消化可消化的原料以在溶液中形成第一金属盐，其中第一金属盐作为去质子化的多羧酸的盐沉淀，从而形成氧化物前体，并且向氧化物前体中添加涂层材料。加热氧化物前体以形成经涂覆的锂离子阴极材料。

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年4月18日提交的未决美国临时专利申请No.62/659,159的优先权，该申请通过引用并入本文。

背景技术

本申请涉及一种形成电池用锂离子阴极的细粉末、超细粉末和纳米粉末的改进的方法。更具体而言，本发明涉及但不限于锂离子电池阴极和一种制备尖晶石材料和其他高新材料的有效方法，该方法具有最少的材料浪费，并减少了不利于烧结和煅烧的那些工艺步骤。甚至更具体而言，本发明涉及形成具有涂层的尖晶石材料，该涂层优选包含铌酸锂，其中可以在一锅反应过程中形成尖晶石和涂层。

一直以来存在着对电池改进的需求。电池主要有两种应用，一种是固定应用，另一种是移动应用。无论是固定应用还是移动应用，人们都希望增加存储容量，延长电池寿命，能够更快地充满电并降低成本。包括锂金属氧化物阴极的锂离子电池作为大多数应用的合适的电池是非常有利的，它们具有广泛的应用前景。尽管如此，锂离子电池的特别是存储容量、充电时间、成本和存储稳定性等仍有待提高。本发明主要集中于尖晶石晶体形式或岩盐晶体形式锂离子电池及其制造工艺的改进。

美国专利No.9,136,534、9,159,999和9,478,807以及美国公开的专利申请No.2014/0271413、2014/0272568和2014/0272580描述了包括锂和过渡金属基阴极的岩盐晶体形式锂离子电池的制备，这些专利和专利申请中的每个均通过引用合并于本文。具有岩盐晶体形式的阴极材料具有通式：

LiNi_aMn_bX_cO₂

其中X优选为Co或Al，且a+b+c＝1。当X为钴时，为方便起见，将阴极材料称为NMC；当X为铝时，为方便起见，将阴极材料称为NCA。在岩盐晶体形式的制备中，过渡金属可以通过添加化学计量当量的碳酸锂而作为碳酸盐沉淀，形成阴极材料前体。然后将阴极材料前体烧结形成阴极材料。

具有尖晶石晶体结构的阴极材料具有通式：

LiNi_xMn_yCo_zO₄

其中x+y+z＝2。在尖晶石中，锂的化学计量是过渡金属化学计量的一半。因此，在合成阴极材料前体时，来自碳酸锂的可用碳酸盐不足以使过渡金属沉淀。过量碳酸盐的添加只能通过引入不期望的反离子来实现，如使用碳酸钠时引入钠，或增加pH控制的复杂性，并在如添加碳酸铵时，可能导致沉淀不足。原则上可以使用两倍化学计量过量的碳酸锂，并通过倾析水性上清液去除，但由于电池性能随锂化学计量变化的敏感性，这是不可取的。

诸如LiNi_0.5Mn_1.5O₄之类的尖晶石阴极材料经常遭受由液基电解质侵蚀引起的表面降解。电解质侵蚀的结果是Mn³⁺歧化。在电池中，Mn³⁺会歧化为可溶性Mn²⁺物质，从而能够污染石墨阳极并导致电池快速失效。在高温下，这种作用会增强，并且在C-速率(放电1小时)下，少于100个循环就可以观察到电池失效。诸如LiNi_0.5Mn_1.5O₄之类的尖晶石阴极也是与固态电解质一同使用的良好候选材料；然而，由于阴极和电解质之间的Li⁺扩散速率的差异，在界面处形成了空间电荷。空间电荷增加了电解质/电极界面内的Li传输电阻，这是不可取的。