具有尖晶石结构的阴极活性材料的制造方法与流程

专利2026-08-16  5



背景技术:

1、锂离子电池已成为包括消费电子产品和电动汽车的各种应用中的流行电源(power source)。已经生产了数百万个电池。尽管如此,对于废旧电池的回收和再利用的改进方法仍有持续需求。提供从除了新原料外制备用于新电池的具有特定结构的阴极活性材料的方法将会特别有利。


技术实现思路

1、在一个方面,制造阴极活性材料的方法包括将混合金属组合物与水接触以形成第一溶液,该混合金属组合物包含镍以及基于该混合金属组合物的总重量的大于0至2重量百分比的含有co、mn、al、cu、fe、mg、na、ca、zn、f、si、li、或它们的组合的化合物;向第一溶液中加入镍盐、锰盐、或它们的组合以提供第二溶液;向第二溶液中加入共溶剂以提供第三溶液;将第三溶液和碱性溶液结合以形成沉淀物;向沉淀物中加入锂化合物以形成混合物;以及在有效提供阴极活性材料的条件下对混合物进行热处理,其中阴极活性材料包含至少一个具有尖晶石结构的相。

2、在一个方面,制造阴极活性材料的方法包括将混合金属组合物与水接触以形成第一溶液,该混合金属组合物包括镍和锰以及基于该混合金属组合物的总重量的大于0至2重量百分比的含有co、al、cu、fe、mg、na、ca、zn、f、si、li、或它们的组合的化合物;向第一溶液中加入镍盐、锰盐、或它们的组合以提供第二溶液;向第二溶液中加入共溶剂以提供第三溶液;将第三溶液和碱性溶液结合以形成沉淀物;向沉淀物中加入锂化合物以形成混合物;以及在有效提供阴极活性材料的条件下对混合物进行热处理,其中阴极活性材料包含至少一个具有尖晶石结构的相。

3、在一个方面,制造阴极活性材料的方法包括将混合金属组合物与水接触以形成第一溶液,该混合金属组合物包含锰以及基于该混合金属组合物的总重量的大于0至2重量百分比的含有co、al、cu、fe、mg、na、ca、zn、f、si、li、或它们的组合的化合物;向第一溶液中加入镍盐、锰盐、或它们的组合以提供第二溶液;向第二溶液中加入共溶剂以提供第三溶液;将第三溶液和碱性溶液结合以形成沉淀物;向沉淀物中加入锂化合物以形成混合物;以及在有效提供阴极活性材料的条件下对混合物进行热处理,其中阴极活性材料包含至少一个具有尖晶石结构的相。

4、在一个方面,阴极活性材料包含具有式li1+xm2+yo4-zaz且具有尖晶石结构的第一相;以及第二相,其中m是ni和mn;a是氧空位(oxygen vacancy)、f、cl、或它们的组合;0≤x≤0.2;0≤y≤0.1;0≤z≤0.1;并且第二相源自再循环的原料。

5、在一个方面,阴极活性材料包含具有式li1+xm2+yo4-zaz且具有尖晶石结构的第一相,其中m是ni和mn,a是氧空位、f、cl、或它们的组合,0≤x≤0.2,0≤y≤0.1,0≤z≤0.1,并且其中第一相进一步包含co、al、cu、fe、mg、na、ca、zn、f、si、li、或它们的组合。

6、上述和其他特征由以下附图和详细描述举例说明。



技术特征:

1.一种制造阴极活性材料的方法,所述方法包括:

2.一种制造阴极活性材料的方法,所述方法包括:

3.一种制造阴极活性材料的方法,所述方法包括:

4.根据权利要求1所述的方法,其中所述共溶剂包括c1-8醇、c1-8亚烷基二醇、c1-8亚烷基三醇、或它们的组合;

5.根据权利要求1所述的方法,其中所述混合金属组合物是通过包括以下的方法获得:

6.根据权利要求2所述的方法,其中所述混合金属组合物是通过包括以下的方法获得:

7.根据权利要求3所述的方法,其中所述混合金属组合物是通过包括以下的方法获得:

8.根据权利要求1所述的方法,其中所述混合金属组合物包含混合金属硫酸盐、混合金属硝酸盐、混合金属碳酸盐、混合金属卤化物、混合金属氢氧化物、混合金属草酸盐、或它们的组合。

9.根据权利要求1所述的方法,其中所述混合金属组合物还包含锂。

10.根据权利要求1所述的方法,其中所述混合金属组合物的至少一部分由再循环的原料获得。

11.根据权利要求1所述的方法,其中所述第一溶液具有小于7的ph或者其中所述第二溶液具有小于7的ph。

12.根据权利要求1所述的方法,其中镍盐、锰盐、或它们的组合是它们的硫酸盐或氢氧化物。

13.根据权利要求1所述的方法,其中所述方法包括将镍盐或锰盐以有效提供大于0至0.5:大于0至2的ni:mn摩尔比的量加入到所述第一溶液中。

14.根据权利要求1所述的方法,其中所述碱性溶液以有效提供大于7的ph的量与所述第三溶液组合。

15.根据权利要求1所述的方法,其中所述碱性溶液以有效提供大于或等于10的ph的量与所述第三溶液组合。

16.根据权利要求1所述的方法,其中所述沉淀物包含nico3和mnco3。

17.根据权利要求1所述的方法,其中所述沉淀物包含ni(oh)2和mn(oh)2。

18.根据权利要求1所述的方法,其中基于所述沉淀物的总重量,所述沉淀物包含5至100ppm的li。

19.根据权利要求1所述的方法,其中所述锂化合物包含氢氧化锂、碳酸锂、氧化锂、草酸锂、或它们的组合。

20.根据权利要求1所述的方法,其中所述阴极活性材料以1:1.9至1:2.1的li:金属比率包含li。

21.一种由权利要求1至20中任一项所述的方法制造的阴极活性材料。

22.一种阴极活性材料,包含:

23.根据权利要求22所述的阴极活性材料,其中所述第二相包含co、al、cu、fe、mg、na、ca、zn、f、si、或li中的一种或多种。

24.一种阴极活性材料,包含:

25.根据权利要求24所述的阴极活性材料,其中co、al、cu、fe、mg、na、ca、zn、f、si、li、或它们的组合源自再循环的原料。

26.根据权利要求22至25中任一项所述的阴极活性材料,进一步包含层状相。

27.根据权利要求26所述的阴极活性材料,其中所述层状相包含具有式liumo2的层状相,其中0<u<1.5以及其中m是ni、co、mn、al、或它们的组合。

28.根据权利要求26所述的阴极活性材料,其中所述层状相包含层状

29.根据权利要求26所述的阴极活性材料,其中所述层状相源自再循环的原料。

30.根据权利要求29所述的阴极活性材料,其中所述层状相包含cu、fe、mg、na、ca、zn、f、si、li、或它们的组合中的一种或多种。

31.根据权利要求29所述的阴极活性材料,其中所述层状相进一步包含cu、fe、mg、na、ca、zn、f、si、li、或它们的组合。

32.根据权利要求31所述的阴极活性材料,其中cu、fe、mg、na、ca、zn、f、si、li、或它们的组合源自再循环的原料。

33.根据权利要求22所述的阴极活性材料,包含:

34.根据权利要求24所述的阴极活性材料,包含:

35.根据权利要求33或34所述的阴极活性材料,其中所述第一阴极活性材料和所述第二阴极活性材料以1:99至99:1的重量比组合。


技术总结
制造阴极活性材料的方法包括将混合金属组合物与水接触以形成第一溶液。该混合金属组合物包含镍、锰、或者镍和锰。将镍盐、锰盐、或它们的组合加入到第一溶液中以提供第二溶液,该第二溶液可进一步与共溶剂组合以提供第三溶液。第三溶液可进一步与碱性溶液组合以提供沉淀物,该沉淀物可与锂化合物组合并且被处理以提供具有至少一个具有尖晶石结构的相的阴极活性材料。

技术研发人员:艾伦·纳尔逊,高玉桦,本杰明·马利,张方福,爱德华·马蒂奥斯
受保护的技术使用者:红木材料公司
技术研发日:
技术公布日:2024/12/17
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