[发明专利]具有改善的颗粒形态的阴极活性材料

说明书

本发明公开了混合金属氧化物和锂化的混合金属氧化物，它们涉及分别根据Ni_xMn_yCo_zMe_αO_β和Li_1+γNi_xMn_yCo_zMe_αO_β的化合物。在这些化合物中，Me选自B、Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Fe、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、Nb、Mo、Ru、Ag、In以及它们的组合；0≤x≤1；0≤y≤1；0≤z1；x+y+z0；0≤α≤0.5；并且x+y+α0。对于混合金属氧化物，1≤β≤5。对于锂化的混合金属氧化物，‑0.1≤γ≤1.0并且1.9≤β≤3。在一些变型中，混合金属氧化物和锂化的混合金属氧化物包括平均密度大于或等于理想晶粒密度的90％的颗粒。在一些变型中，混合金属氧化物和锂化的混合金属氧化物包括原生颗粒，其包括平均粒度为1μm至50μm的第一部分。还公开了制造混合金属氧化物和锂化的混合金属氧化物的方法。

优先权

本公开根据35U.S.C.§要求2016年9月20日提交的名称为“Cathode ActiveMaterials Having Improved Morphologies”的美国临时专利申请62/397,019的权益，其全部内容通过引用并入本文。

美国政府许可权

本发明基于WFO提案No.85F59在美国政府的支持下进行。本发明基于Apple Inc.与Argonne National Laboratory(隶属于美国能源部)之间的CRADA 1500801进行。美国政府拥有本发明的某些权利。

技术领域

本公开整体涉及电池，更具体地，涉及具有改善的颗粒形态的电池的阴极活性材料。

背景技术

常用的可再充电电池类型是锂电池，诸如锂离子或锂聚合物电池。由于电池供电设备变得越来越小以及更强大，给这些设备供电的锂电池需要在更小的体积中存储更多的能量。因此，可通过能够改善装置中锂电池的体积能量密度的机制来促进电池供电设备的使用。

发明内容

在一个方面，本发明涉及包含选自式(I)、式(IIa)、式(IIIa)、式(IVa)、式(Va)、式(VIa)、式(VIIa)和式(VIIIa)的化合物的颗粒。每个颗粒的平均密度大于或等于颗粒的理想晶粒密度的90％。式(Ia)为Ni_xMn_yCo_zMe_αO_β (I)

其中Me选自B、Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Fe、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、Nb、Mo、Ru、Ag、In以及它们的组合，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z1，x+y+z0，0≤α≤0.5，x+y+α0并且1≤β≤5。

式(IIa)为M²O_g (IIa)

其中M²选自Co、Mn、Ni以及它们的组合，并且0.9≤g≤2.6。

式(IIIa)为M³_iM⁴_1-iO_j (IIIa)

其中M³选自Ti、Mn、Zr、Mo、Ru以及它们的任意组合，M⁴选自B、Na、Mg、Ti、Ca、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Sc、Y、Ga、Zr、Ru、Mo以及它们的任意组合，0≤i≤1并且0.9≤j≤2.6。