CN116314780A - 用于阴极材料的含锂涂层 - Google Patents

用于阴极材料的含锂涂层 Download PDF

Info

Publication number
CN116314780A
CN116314780A CN202211249521.1A CN202211249521A CN116314780A CN 116314780 A CN116314780 A CN 116314780A CN 202211249521 A CN202211249521 A CN 202211249521A CN 116314780 A CN116314780 A CN 116314780A
Authority
CN
China
Prior art keywords
lithium
equal
positive electrode
less
containing coating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202211249521.1A
Other languages
English (en)
Inventor
王碧琼
何美楠
A·M·戴利
M·贝克纳
蔡梅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GM Global Technology Operations LLC
Original Assignee
GM Global Technology Operations LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GM Global Technology Operations LLC filed Critical GM Global Technology Operations LLC
Publication of CN116314780A publication Critical patent/CN116314780A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/628—Inhibitors, e.g. gassing inhibitors, corrosion inhibitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/366—Composites as layered products
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H01M10/0567—Liquid materials characterised by the additives
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H01M4/0421—Methods of deposition of the material involving vapour deposition
    • H01M4/0428—Chemical vapour deposition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/131—Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H01M4/1391—Processes of manufacture of electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/485—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of mixed oxides or hydroxides for inserting or intercalating light metals, e.g. LiTi2O4 or LiTi2OxFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/50—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
    • H01M4/505—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese of mixed oxides or hydroxides containing manganese for inserting or intercalating light metals, e.g. LiMn2O4 or LiMn2OxFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • H01M4/525—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/5825—Oxygenated metallic salts or polyanionic structures, e.g. borates, phosphates, silicates, olivines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/021—Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/028—Positive electrodes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本发明涉及用于阴极材料的含锂涂层。提供了一种正电极，其包括限定电活性层的多个电活性颗粒。第一含锂涂层设置在电活性层的一个或多个表面上。第一含锂涂层覆盖电活性层的介于约30%和约50%之间的总暴露表面积。第二含锂涂层涵盖所述多个电活性颗粒中的至少一个电活性颗粒。第二含锂涂层覆盖介于约95%和约100%之间的所述至少一个电活性颗粒。第一含锂涂层和第二含锂涂层各自具有介于约0.2 nm和约5 nm之间的厚度。正电极还包括电解质添加剂，该电解质添加剂有助于在第一含锂涂层的暴露表面上形成第一钝化层，以及在第二含锂涂层的暴露表面上形成第二钝化层。

Description

用于阴极材料的含锂涂层
技术领域
本发明涉及用于阴极材料的含锂涂层。
背景技术
本节提供与本公开相关的背景信息，其不必然是现有技术。
需要高级能量存储装置和系统以满足各种产品（包括汽车产品，诸如启停系统（例如，12 V启停系统）、电池辅助系统、混合动力电动车辆（“HEV”）和电动车辆（“EV”））的能量和/或动力要求。典型的锂离子电池包括至少两个电极和电解质和/或分隔件。两个电极中的一个可用作正电极或阴极，且另一电极可用作负电极或阳极。分隔件和/或电解质可设置在负电极和正电极之间。电解质适合于在电极之间传导锂离子，并且类似于两个电极，可呈固体和/或液体形式和/或其混合的形式。在包括固态电极和固态电解质的固态电池的情况下，固态电解质可物理地分隔电极使得不需要独立的分隔件。
在各种方面中，正电极可包括富镍电活性材料。然而，这种材料常常易受材料损耗影响，材料损耗由与电解质和/或负电活性材料（特别是锂金属阳极）反应造成。这些反应常常是放热的，并且通常负面地影响电池单元的热稳定性和寿命。将期望开发能够解决这些挑战的改进的电极和电活性材料，以及使用这些电极和电活性材料的方法。
发明内容
本节提供了本公开的总体概述，并且不是对其完整范围或其所有特征的详尽公开。
本公开涉及正电极或阴极材料（具体地含锂涂层和电解质添加剂）以及制造和使用这些正电极或阴极材料的方法。
在各种方面中，本公开提供了一种正电极，其包括：正电活性材料，其限定电活性材料层；以及含锂涂层，其设置在电活性材料层的一个或多个表面上。含锂涂层可具有大于或等于约0.2 nm至小于或等于约5 nm的厚度，以及大于或等于约10-7 S/cm至小于或小于约10-3 S/cm的离子电导率。
在一个方面中，正电活性材料可选自由以下各者组成的组：NCM 111、NCM 532、NCM622、NCM 712、NCM 811、NCMA、NCA、LNMO及其组合。
在一个方面中，含锂涂层可包括选自由以下各者组成的组的含锂材料：磷酸锂、氧化铝锂、铌酸锂、硅酸锂、氟化锂铝（lithium alumina fluoride）、氟化锂、锂磷氧氮（LiPON）及其组合。
在一个方面中，含锂涂层可覆盖电活性材料层的大于或等于约30%至小于或等于约50%的总表面积。
在一个方面中，正电极可还包括大于0 wt.%至小于或等于约1 wt.%的电解质添加剂。电解质添加剂可由Li[B(OCH2)xCF3)4]表示，其中1 ≤ x ≤ 6。
在一个方面中，电解质添加剂可包括：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
及其组合。
在一个方面中，正电极可还包括钝化层，该钝化层由在含锂涂层的一个或多个暴露表面上的电解质添加剂限定。钝化层可具有大于或等于约0.2 nm至小于或等于约5 nm的厚度。钝化层可覆盖含锂涂层的大于或等于约0.1%至小于或等于约50%的总暴露表面积。
在一个方面中，可使用原子层沉积（ALD）工艺或等离子体增强原子层沉积（PEALD）工艺中的一种来制备含锂涂层，其中涂层前体包括一种或多种二元或三元化合物、一种或多种锂源前体，以及一种或多种氧化剂。
在一个方面中，所述一种或多种二元或三元化合物可选自由以下各者组成的组：磷酸锂、氧化铝锂、铌酸锂、硅酸锂、氟化锂铝、氟化锂、锂磷氧氮（LiPON）及其组合。
在一个方面中，所述一种或多种锂源前体可选自由以下各者组成的组：叔丁醇锂（LiOtBu）、双(三甲基硅基)氨基锂（LiHMDS）、2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸锂（Lithd）、氨基锂及其组合。
在一个方面中，所述一种或多种氧化剂可选自由以下各者组成的组：磷酸三甲酯（(MeO)3PO）（TMPO）、H2O、TiF4、NH4F、O3、O2及其组合。
在一个方面中，原子层沉积（ALD）工艺或等离子体增强原子层沉积（PEALD）工艺可具有大于或等于约100°C至小于或等于约250°C的沉积温度。
在一个方面中，含锂涂层可以是第一涂层，正电活性材料可由多个正电活性材料颗粒限定，并且正电极可还包括包围所述多个正电活性材料颗粒中的至少一个正电活性材料颗粒的至少一个第二含锂涂层。所述至少一个第二含锂涂层可具有大于或等于约0.2 nm至小于或等于约5 nm的厚度。所述至少一个第二含锂涂层可覆盖所述至少一个正电活性材料颗粒的大于或等于约95%至小于或等于约100%的总暴露表面积。
在一个方面中，所述至少一个第二含锂涂层可包括选自由以下各者组成的组的含锂材料：磷酸锂、氧化铝锂、铌酸锂、硅酸锂、氟化锂铝、氟化锂、锂磷氧氮（LiPON）及其组合。
在一个方面中，可使用原子层沉积（ALD）工艺和等离子体增强原子层沉积（PEALD）工艺中的一种来制备所述至少一个第二含锂涂层，其中涂层前体包括一种或多种二元或三元化合物、一种或多种锂源前体以及一种或多种氧化剂。
在各种方面中，本公开提供了一种正电极，其包括：多个正电活性材料颗粒，其限定电活性材料层；以及至少一个含锂涂层，其包围所述多个正电活性材料颗粒中的至少一个正电活性材料颗粒。所述至少一个含锂涂层可具有大于或等于约0.2 nm至小于或等于约5 nm的厚度。所述至少一个含锂涂层可具有大于或等于约10-7 S/cm至小于或等于约10-3S/cm的离子电导率。
在一个方面中，正电活性材料可选自由以下各者组成的组：NCM 111、NCM 532、NCM622、NCM 712、NCM 811、NCMA、NCA、LNMO及其组合。
在一个方面中，含锂涂层可包括选自由以下各者组成的组的含锂材料：磷酸锂、氧化铝锂、铌酸锂、硅酸锂、氟化锂铝、氟化锂、锂磷氧氮（LiPON）及其组合。
在一个方面中，含锂涂层可覆盖所述至少一个正电活性材料颗粒的大于或等于约95%至小于或等于约100%的总暴露表面积。
在一个方面中，正电极可还包括大于0 wt.%至小于或等于约1 wt.%的电解质添加剂。电解质添加剂可由Li[B(OCH2)xCF3)4]表示，其中1 ≤ x ≤ 6。
在一个方面中，正电极可还包括钝化层，该钝化层由设置在含锂涂层的一个或多个暴露表面上的电解质添加剂限定。钝化层可具有大于或等于约0.2 nm至小于或等于约5nm的厚度。钝化层可覆盖含锂涂层的大于或等于约30%至小于或等于约50%的总暴露表面积。
在一个方面中，含锂涂层可以是第一含锂涂层，并且正电极可还包括设置在电活性材料层上的第二含锂涂层。第二含锂涂层可具有大于或等于约0.2 nm至小于或等于约5nm的厚度。第二含锂涂层可覆盖电活性材料层的大于或等于约0.1%至小于或等于约50%的总暴露表面积。第二含锂涂层可包括选自由以下各者组成的组的含锂材料：磷酸锂、氧化铝锂、铌酸锂、硅酸锂、氟化锂铝、氟化锂、锂磷氧氮（LiPON）及其组合。
在一个方面中，可使用原子层沉积（ALD）工艺和等离子体增强原子层沉积（PEALD）工艺中的一种来制备第一含锂涂层，其中涂层前体包括一种或多种二元或三元化合物、一种或多种锂源前体以及一种或多种氧化剂。所述一种或多种二元或三元化合物可选自由以下各者组成的组：磷酸锂、氧化铝锂、铌酸锂、硅酸锂、氟化锂铝、氟化锂、锂磷氧氮（LiPON）及其组合。所述一种或多种锂源前体可选自由以下各者组成的组：叔丁醇锂（LiOtBu）、双(三甲基硅基)氨基锂（LiHMDS）、2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸锂（Lithd）、氨基锂及其组合。所述一种或多种氧化剂可选自由以下各者组成的组：磷酸三甲酯（(MeO)3PO）（TMPO）、H2O、TiF4、NH4F、O3、O2及其组合。
在一个方面中，原子层沉积（ALD）工艺或等离子体增强原子层沉积（PEALD）工艺可具有大于或等于约100°C至小于或等于约250°C的沉积温度。
在各种方面中，本公开提供了一种正电极，其包括：多个正电活性材料颗粒，其限定电活性材料层；至少一个第一含锂涂层，其包围所述多个正电活性材料颗粒中的至少一个正电活性材料颗粒；以及第二含锂涂层，其设置在电活性材料层的一个或多个表面上。所述至少一个第一含锂涂层可覆盖所述至少一个正电活性材料颗粒的大于或等于约95%至小于或等于约100%的总暴露表面积。第二含锂涂层可覆盖电活性材料层的大于或等于约30%至小于或等于约50%的总暴露表面积。所述至少一个第一含锂涂层和第二含锂涂层可各自包括独立地选自由以下各者组成的组的含锂材料：磷酸锂、氧化铝锂、铌酸锂、硅酸锂、氟化锂铝、氟化锂、锂磷氧氮（LiPON）及其组合。
本发明包括以下方案：
方案1. 一种正电极，其包括：
正电活性材料，其限定电活性材料层；以及
含锂涂层，其设置在所述电活性材料层的一个或多个表面上，所述含锂涂层具有大于或等于约0.2 nm至小于或等于约5 nm的厚度，以及大于或等于约10-7 S/cm至小于或小于约10-3 S/cm的离子电导率。
方案2. 根据方案1所述的正电极，其中，所述正电活性材料选自由以下各者组成的组：NCM 111、NCM 532、NCM 622、NCM 712、NCM 811、NCMA、NCA、LNMO及其组合，并且
所述含锂涂层包括选自由以下各者组成的组的含锂材料：磷酸锂、氧化铝锂、铌酸锂、硅酸锂、氟化锂铝、氟化锂、锂磷氧氮（LiPON）及其组合。
方案3. 根据方案1所述的正电极，其中，所述含锂涂层覆盖所述电活性材料层的大于或等于约30%至小于或等于约50%的总表面积。
方案4. 根据方案1所述的正电极，其还包括：
大于0 wt.%至小于或等于约1 wt.%的电解质添加剂，其中，所述电解质添加剂由Li[B(OCH2)xCF3)4]表示，其中1 ≤ x ≤ 6。
方案5. 根据方案4所述的正电极，其中，所述电解质添加剂包括：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
及其组合。
方案6. 根据方案4所述的正电极，其还包括：
钝化层，其由设置在所述含锂涂层的一个或多个暴露表面上的电解质添加剂限定，其中，所述钝化层具有大于或等于约0.2 nm至小于或等于约5 nm的厚度并且覆盖所述含锂涂层的大于或等于约0.1%至小于或等于约50%的总暴露表面积。
方案7. 根据方案1所述的正电极，其中，使用原子层沉积（ALD）工艺或等离子体增强原子层沉积（PEALD）工艺中的一种来制备所述含锂涂层，其中，涂层前体包括一种或多种二元或三元化合物、一种或多种锂源前体以及一种或多种氧化剂。
方案8. 根据方案8所述的正电极，其中，所述一种或多种二元或三元化合物选自由以下各者组成的组：
磷酸锂、氧化铝锂、铌酸锂、硅酸锂、氟化锂铝、氟化锂、锂磷氧氮（LiPON）及其组合；
所述一种或多种锂源前体选自由以下各者组成的组：叔丁醇锂（LiOtBu）、双(三甲基硅基)氨基锂（LiHMDS）、2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸锂（Lithd）、氨基锂及其组合；并且
所述一种或多种氧化剂选自由以下各者组成的组：磷酸三甲酯（(MeO)3PO）（TMPO）、H2O、TiF4、NH4F、O3、O2及其组合。
方案9. 根据方案8所述的正电极，其中，所述原子层沉积（ALD）工艺或等离子体增强原子层沉积（PEALD）工艺具有大于或等于约100°C至小于或等于约250°C的沉积温度。
方案10. 根据方案1所述的正电极，其中，所述含锂涂层是第一涂层，所述正电活性材料由多个正电活性材料颗粒限定，并且所述正电极还包括：
包围所述多个正电活性材料颗粒中的至少一个正电活性材料颗粒的至少一个第二含锂涂层，其中，所述至少一个第二含锂涂层具有大于或等于约0.2 nm至小于或等于约5nm的厚度并且覆盖所述至少一个正电活性材料颗粒的大于或等于约95%至小于或等于约100%的总暴露表面积，并且
其中，所述至少一个第二含锂涂层包括选自由以下各者组成的组的含锂材料：磷酸锂、氧化铝锂、铌酸锂、硅酸锂、氟化锂铝、氟化锂、锂磷氧氮（LiPON）及其组合。
方案11. 根据方案10所述的正电极，其中，使用原子层沉积（ALD）工艺和等离子体增强原子层沉积（PEALD）工艺中的一种来制备所述至少一个第二含锂涂层，其中，涂层前体包括一种或多种二元或三元化合物、一种或多种锂源前体以及一种或多种氧化剂。
方案12. 一种正电极，其包括：
多个正电活性材料颗粒，其限定电活性材料层；以及
至少一个含锂涂层，其包围所述多个正电活性材料颗粒中的至少一个正电活性材料颗粒，其中，所述至少一个含锂涂层具有大于或等于约0.2 nm至小于或等于约5 nm的厚度，以及大于或等于约10-7 S/cm至小于或等于约10-3 S/cm的离子电导率。
方案13. 根据方案12所述的正电极，其中，所述正电活性材料选自由以下各者组成的组：NCM 111、NCM 532、NCM 622、NCM 712、NCM 811、NCMA、NCA、LNMO及其组合，并且
其中，所述含锂涂层包括选自由以下各者组成的组的含锂材料：磷酸锂、氧化铝锂、铌酸锂、硅酸锂、氟化锂铝、氟化锂、锂磷氧氮（LiPON）及其组合。
方案14. 根据方案12所述的正电极，其中，所述含锂涂层覆盖所述至少一个正电活性材料颗粒的大于或等于约95%至小于或等于约100%的总暴露表面积。
方案15. 根据方案12所述的正电极，其还包括：
大于0 wt.%至小于或等于约1 wt.%的电解质添加剂，其中，所述电解质添加剂由Li[B(OCH2)xCF3)4]表示，其中1 ≤ x ≤ 6。
方案16. 根据方案15所述的正电极，其还包括：
钝化层，其由设置在所述含锂涂层的一个或多个暴露表面上的电解质添加剂限定，其中，所述钝化层具有大于或等于约0.2 nm至小于或等于约5 nm的厚度并且覆盖所述含锂涂层的大于或等于约30%至小于或等于约50%的总暴露表面积。
方案17. 根据方案12所述的正电极，其中，所述含锂涂层是第一含锂涂层，并且所述正电极还包括：
设置在所述电活性材料层上的第二含锂涂层，
其中，所述第二含锂涂层具有大于或等于约0.2 nm至小于或等于约5 nm的厚度并且覆盖所述电活性材料层的大于或等于约0.1%至小于或等于约50%的总暴露表面积，并且
其中，所述第二含锂涂层包括选自由以下各者组成的组的含锂材料：磷酸锂、氧化铝锂、铌酸锂、硅酸锂、氟化锂铝、氟化锂、锂磷氧氮（LiPON）及其组合。
方案18. 根据方案13所述的正电极，其中，使用原子层沉积（ALD）工艺和等离子体增强原子层沉积（PEALD）工艺中的一种来制备所述第一含锂涂层，其中，涂层前体包括：
一种或多种二元或三元化合物，其选自由以下各者组成的组：磷酸锂、氧化铝锂、铌酸锂、硅酸锂、氟化锂铝、氟化锂、锂磷氧氮（LiPON）及其组合；
一种或多种锂源前体，其选自由以下各者组成的组：叔丁醇锂（LiOtBu）、双(三甲基硅基)氨基锂（LiHMDS）、2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸锂（Lithd）、氨基锂及其组合；以及
一种或多种氧化剂，其选自由以下各者组成的组：磷酸三甲酯（(MeO)3PO）（TMPO）、H2O、TiF4、NH4F、O3、O2及其组合。
方案19. 根据方案18所述的正电极，其中，所述原子层沉积（ALD）工艺或等离子体增强原子层沉积（PEALD）工艺具有大于或等于约100°C至小于或等于约250°C的沉积温度。
方案20. 一种正电极，其包括：
多个正电活性材料颗粒，其限定电活性材料层；
至少一个第一含锂涂层，其包围所述多个正电活性材料颗粒中的至少一个正电活性材料颗粒，其中，所述至少一个第一含锂涂层覆盖所述至少一个正电活性材料颗粒的大于或等于约95%至小于或等于约100%的总暴露表面积；以及
第二含锂涂层，其设置在所述电活性材料层的一个或多个表面上，其中，所述第二含锂涂层覆盖所述电活性材料层的大于或等于约30%至小于或等于约50%的总暴露表面积，
其中，所述至少一个第一含锂涂层和所述第二含锂涂层各自包括独立地选自由以下各者组成的组的含锂材料：磷酸锂、氧化铝锂、铌酸锂、硅酸锂、氟化锂铝、氟化锂、锂磷氧氮（LiPON）及其组合。
另外的适用领域将从本文中所提供的描述中变得显而易见。本发明内容中的详细描述和具体示例仅旨在用于说明的目的且非旨在限制本公开的范围。
附图说明
本文中所描述的附图用于仅所选实施例且非所有可能的实施方式的说明性目的，并且不旨在限制本公开的范围。
图1是根据本公开的各种方面所制备的示例电化学电池单元的图示；
图2A是根据本公开的各种方面的示例正电极的图示，该正电极包括含锂涂覆层；
图2B是根据本公开的各种方面的另一个示例正电极的图示，该正电极包括含锂涂覆层和在含锂涂覆层的一个或多个暴露表面上的钝化层；
图2C是根据本公开的各种方面的另一个示例正电极的图示，该正电极包括含锂颗粒涂层；
图2D是根据本公开的各种方面的另一个示例正电极的图示，该正电极包括含锂颗粒涂层和在正电极的一个或多个暴露表面上的钝化层；
图2E是根据本公开的各种方面的另一个示例正电极的图示，该正电极包括含锂颗粒涂层和在含锂颗粒涂层的一个或多个暴露表面上的钝化层；
图2F是根据本公开的各种方面的另一个示例正电极的图示，该正电极包括含锂颗粒涂层、在正电极的一个或多个暴露表面上的第一钝化层、以及在含锂颗粒涂层的一个或多个暴露表面上的第二钝化层；
图2G是根据本公开的各种方面的另一个示例正电极的图示，该正电极包括含锂涂覆层和含锂颗粒涂层；
图2H是根据本公开的各种方面的另一个示例正电极的图示，该正电极包括含锂涂覆层、含锂颗粒涂层、以及在含锂涂覆层的一个或多个表面上的钝化层；
图2I是根据本公开的各种方面的另一个示例正电极的图示，该正电极包括含锂涂覆层、含锂颗粒涂层、以及在含锂颗粒涂层的一个或多个表面上的钝化层；
图3是根据本公开的各种方面的图解图示，其展示了示例电池单元的容量保持性，这些示例电池单元包括阴极涂层；
图4A是根据本公开的各种方面的图解图示，其展示了示例电池单元的热稳定性，这些示例电池单元包括电解质添加剂；
图4B是根据本公开的各种方面的图解图示，其展示了示例电池单元的库仑效率，这些示例电池单元包括电解质添加剂；
图4C是根据本公开的各种方面的图解图示，其展示了示例电池单元的容量保持性，这些示例电池单元包括电解质添加剂；
图5是根据本公开的各种方面的图解图示，其展示了示例电池单元的容量保持性，这些示例电池单元包括阴极涂层和电解质添加剂；以及
图6是根据本公开的各种方面的图解图示，其展示了示例电池单元的热稳定性，这些示例电池单元包括阴极涂层和电解质添加剂；
贯穿附图的若干视图，对应的附图标记指示对应的部分。
具体实施方式
提供了示例实施例，使得本公开将是透彻的，并且将向本领域技术人员充分传达范围。阐述了众多具体细节，诸如具体成分、部件、装置和方法的示例，以提供对本公开的实施例的透彻理解。对本领域技术人员将显而易见的是，无需采用具体细节，可以以许多不同的形式实现示例实施例，并且具体细节和示例实施例两者都不应被解释为限制本公开的范围。在一些示例实施例中，未详细描述众所周知的工艺、众所周知的装置结构以及众所周知的技术。
本文中所使用的术语仅出于描述特定示例实施例的目的，并且不旨在为限制性的。如本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也可旨在包括复数形式，除非上下文另有明确指示。术语“包括（comprises）”、“包括（comprising）”、“包含（including）”和“具有”是包括性的，且因此指定所陈述的特征、元件、成分、步骤、整数、操作和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在或添加。尽管开放式术语“包括”将被理解为用于描述和要求保护本文中所阐述的各种实施例的非限制性术语，但在某些方面中，该术语可替代地被理解为代替地作为更具限制性和约束性的术语，诸如“由…组成”或“基本由…组成”。因此，对于记载成分、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或工艺步骤的任何给定实施例，本公开还特定地包括由或基本由这种所记载的成分、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或工艺步骤组成的实施例。在“由……组成”的情况下，替代性实施例排除任何附加的成分、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或工艺步骤，而在“基本由……组成”的情况下，从这种实施例排除实质上影响基本的和新颖的特性的任何附加成分、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或工艺步骤，但在实施例中能够包括不实质上影响基本的和新颖的特性的任何成分、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或工艺步骤。
本文中所描述的任何方法步骤、工艺和操作将不被解释为必定要求它们以所讨论或图示的特定顺序执行，除非被具体地识别为执行的顺序。还将理解，除非另有指示，否则可采用附加的或替代的步骤。
当部件、元件或层被称为“在另一个元件或层上”、“接合到”、“连接到”或“联接到”另一个元件或层时，其可直接在另一部件、元件或层上，直接接合、连接或联接到另一部件、元件或层，或者可存在居间元件或层。相比之下，当元件被称为“直接在另一个元件或层上”、“直接接合到”、“直接连接到”或“直接联接到”另一个元件或层时，可不存在居间元件或层。用于描述元件之间的关系的其他词语应以相似的方式解释（例如，“在……之间”相对“直接在……之间”、“相邻”相对“直接相邻”等）。如本文中所使用的，术语“和/或”包括相关联的列出项目中的一者或多者的任何和全部组合。
尽管本文中可使用术语第一、第二、第三等来描述各种步骤、元件、部件、区域、层和/或区段，但是除非另有指示，否则这些步骤、元件、部件、区域、层和/或区段不应受这些术语的限制。这些术语可仅用于将一个步骤、元件、部件、区域、层或区段与另一个步骤、元件、部件、区域、层或区段区分开。除非由上下文明确指示，否则诸如“第一”、“第二”和其他数字术语的术语在本文中使用时并不暗示序列或顺序。因此，下文所讨论的第一步骤、元件、部件、区域、层或区段可被称为第二步骤、元件、部件、区域、层或区段，而不背离示例实施例的教导。
为易于描述，本文中可使用空间或时间相关术语，诸如“之前”、“之后”、“内”、“外”、“下面”、“下方”、“下”、“上方”、“上”等，以描述如附图中所图示的一个元件或特征与另一个或另一些元件或特征的关系。除了附图中所描绘的取向之外，空间或时间相关术语还可旨在涵盖装置或系统在使用或操作中的不同取向。
贯穿本公开，数值表示近似测量值或范围的界限以涵盖与给定值的小偏差和具有约所提及值的实施例以及具有确切的所提及值的那些实施例。除了在具体实施方式的结尾所提供的工作示例中之外，本说明书（包括所附权利要求）中的参数（例如，量或条件）的所有数值都将被理解为在所有情况下都由术语“约”修饰，无论在该数值前是否实际出现“约”。“约”表明所陈述的数值允许一些轻微不精确（一定程度上接近该值的精确性；近似地或合理地接近该值；几乎）。如果由“约”提供的不精确性在本领域不以其他方式以该普通意义来理解，则如本文中所使用的“约”至少表明可由测量和使用这种参数的普通方法产生的变化。例如，“约”可包括小于或等于5%的变化，可选地小于或等于4%的变化、可选地小于或等于3%的变化、可选地小于或等于2%的变化、可选地小于或等于1%的变化、可选地小于或等于0.5%的变化、并且在某些方面中可选地小于或等于0.1%的变化。
另外，范围的公开包括在整个范围内的所有值和进一步划分的范围的公开，包括针对这些范围给出的端点和子范围。
现在将参考附图更充分地描述示例实施例。
通常的锂离子电池包括与第二电极（诸如，负电极或阳极）相对的第一电极（诸如，正电极或阴极）以及设置在其间的分隔件和/或电解质。常常，在锂离子电池组中，电池或电池单元可以以堆叠或卷绕构型电连接以增加总输出。锂离子电池通过在第一电极和第二电极之间可逆地传递锂离子来操作。例如，锂离子可在电池的充电期间从正电极移动到负电极，并在对电池放电时沿相反方向移动。电解质适合于传导锂离子并且可以呈液体、凝胶或固体形式。例如，图1中示出了电化学电池单元（也称为电池）20的示例性和示意性图示。
这种电池单元用于车辆或汽车运输应用（例如，摩托车、船、拖拉机、公共汽车、摩托车、活动房屋、露营车和坦克）中。然而，本技术可用于广泛范围的其他工业和应用，作为非限制性示例，包括航空航天部件、消费品、装置、建筑物（例如，房屋、办公室、棚屋和仓库）、办公装备和家具、以及工业装备机械、农业或农场装备，或重型机械。进一步地，尽管所图示的示例包括单个正电极阴极和单个阳极，但技术人员将认识到，本教导扩展到各种其他构型，包括具有一个或多个阴极和一个或多个阳极、以及具有设置在其一个或多个表面上或与其一个或多个表面相邻的电活性层的各种集流体的那些构型。
电池20包括负电极22（例如，阳极）、正电极24（例如，阴极）和设置在两个电极22、24之间的分隔件26。分隔件26提供电极22、24之间的电分隔——防止物理接触。分隔件26还在锂离子的循环期间为锂离子和在某些情况下相关阴离子的内部通行提供最小阻力路径。在各种方面中，分隔件26包括电解质30，该电解质30在某些方面中也可存在于负电极22和正电极24中。在某些变型中，分隔件26可由固态电解质或半固态电解质（例如，凝胶电解质）形成。例如，分隔件26可由多个固态电解质颗粒（未示出）限定。在固态电池和/或半固态电池的情况下，正电极24和/或负电极22可包括多个固态电解质颗粒。包括在分隔件26中或限定分隔件26的所述多个固态电解质颗粒可与包括在正电极24和/或负电极22中的所述多个固态电解质颗粒相同或不同。
第一或负电极集流体32可定位在负电极22处或附近。负电极集流体32可以是包括铜或本领域技术人员已知的任何其他适当的导电材料的金属箔、金属栅或丝网、或金属网（expanded metal）。第二或正电极集流体34可定位在正电极24处或附近。正电极集流体34可以是包括铝或本领域技术人员已知的任何其他适当的导电材料的金属箔、金属栅或丝网、或金属网。负电极集流体32和正电极集流体34分别从外部电路40收集自由电子和将自由电子移动到外部电路40。例如，可中断的外部电路40和负载装置42可连接负电极22（通过负电极集流体32）和正电极24（通过正电极集流体34）。
电池20能够在放电期间通过在外部电路40闭合（以连接负电极22和正电极24）并且负电极22具有比正电极更低的电位时发生的可逆电化学反应而生成电流。正电极24和负电极22之间的化学势差驱动在负电极22处通过反应（例如，嵌入锂的氧化）产生的电子通过外部电路40朝向正电极24。也在负电极22处产生的锂离子同时通过包含在分隔件26中的电解质30朝向正电极24转移。电子流动通过外部电路40并且锂离子迁移跨越包含电解质30的分隔件26以在正电极24处形成嵌入锂。如上所述，电解质30通常也存在于负电极22和正电极24中。通过外部电路40的电流能够被利用并引导通过负载装置42，直到耗尽负电极22中的锂并且电池20的容量减小。
电池20能够随时通过将外部电源连接到锂离子电池20来充电或重新充能以逆转在电池放电期间发生的电化学反应。将外部电能源连接到电池20促进了在正电极24处的反应（例如，嵌入锂的非自发氧化），使得产生电子和锂离子。锂离子跨越分隔件26通过电解质30朝向负电极22流回以向负电极22补充锂（例如，嵌入锂）以便在下一个电池放电事件期间使用。因而，完整的放电事件继之以完整的充电事件被视为一个循环，其中锂离子在正电极24和负电极22之间循环。可用于对电池20充电的外部电源可取决于电池20的尺寸、构造和特定最终用途而变化。一些著名的和示例性的外部电源包括但不限于通过墙壁插座连接到AC电网的AC-DC转换器和机动车辆交流发电机。
在许多锂离子电池构型中，负电极集流体32、负电极22、分隔件26、正电极24和正电极集流体34中的每一者均被制备为相对薄的层（例如，厚度从几微米至零点几毫米或更小）并以电并联布置连接的层组装以提供合适的电能和动力组。在各种方面中，电池20还可包括尽管本文中没有描绘但仍为本领域技术人员已知的各种其他部件。例如，电池20可包括外壳、垫圈、端帽、接片、电池端子、以及可位于电池20内（包括位于负电极22、正电极24和/或分隔件26之间或周围）的任何其他常规部件或材料。图1中所示的电池20包括液体电解质30并示出了电池操作的代表性构思。然而，本技术也适用于固态电池和/或半固态电池，其包括可具有如本领域技术人员所已知的不同设计的固态电解质和/或固态电解质颗粒和/或半固态电解质和/或半固态电活性颗粒。
如上所述，电池20的尺寸和形状可取决于其设计所针对的特定应用而变化。电池供能的车辆和手持式消费型电子装置例如是两个示例，其中电池20将最可能被设计成不同的尺寸、容量和功率输出规格。如果负载装置42需要，电池20也可与其他类似的锂离子单元或电池串联或并联连接以产生更大的电压输出、能量和功率。因此，电池20能够向作为外部电路40的一部分的负载装置42生成电流。负载装置42可由在电池20放电时通过外部电路40的电流供能。尽管电负载装置42可以是任何数量的已知的电供能装置，但一些具体示例包括用于电气化车辆的电动马达、膝上型计算机、平板计算机、移动电话和无绳电动工具或器具。负载装置42还可以是出于存储电能的目的而对电池20充电的发电设备。
重新参考图1，正电极24、负电极22和分隔件26可各自包括在其孔隙内部的电解质溶液或体系30，该电解质溶液或体系能够在负电极22和正电极24之间传导锂离子。可在锂离子电池20中使用能够在负电极22和正电极24之间传导锂离子的任何适当的电解质30，无论它呈固体、液体还是凝胶形式。然而，在每个变型中，电解质30包括电解质添加剂（未示出）。例如，电解质30可包括大于0 wt.%至小于或等于约1 wt.%的电解质添加剂。电解质30可包括大于0 wt.%至小于或等于1 wt.%的电解质添加剂。电解质添加剂由Li[B(OCH2)xCF3)4]表示，其中1 ≤ x ≤ 6。例如，电解质添加剂可包括
Figure 438137DEST_PATH_IMAGE002
及其组合。
在某些方面中，电解质30可以是非水液体电解质溶液（例如，> 1M），其包括溶解在有机溶剂或有机溶剂混合物中的锂盐和电解质添加剂。在锂离子电池20中可采用许多常规的非水液体电解质30溶液。例如，可溶解在有机溶剂中以形成非水液体电解质溶液的锂盐的非限制性列表包括六氟磷酸锂（LiPF6）、高氯酸锂（LiClO4）、四氯铝酸锂（LiAlCl4）、碘化锂（LiI）、溴化锂（LiBr）、硫氰酸锂（LiSCN）、四氟硼酸锂（LiBF4）、四苯基硼酸锂（LiB(C6H5)4）、双(草酸根合)硼酸锂（LiB(C2O4)2）（LiBOB）、二氟草酸根合硼酸锂（LiBF2(C2O4)）、六氟砷酸锂（LiAsF6）、三氟甲磺酸锂（LiCF3SO3）、双(三氟甲烷)磺酰亚氨基锂（LiN(CF3SO2)2）、双(氟磺酰)亚氨基锂（LiN(FSO2)2）（LiSFI）及其组合。可将这些和其他类似的锂盐溶解在各种非水质子惰性有机溶剂中，包括但不限于各种碳酸烷基酯，诸如环状碳酸酯（例如，碳酸亚乙酯（EC）、碳酸亚丙酯（PC）、碳酸亚丁酯（BC）、氟代碳酸亚乙酯（FEC））、线性碳酸酯（例如，碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸甲乙酯（EMC））、脂族羧酸酯（例如，甲酸甲酯、乙酸甲酯、丙酸甲酯）、γ-内酯（例如，γ-丁内酯、γ-戊内酯）、链结构醚（例如，1,2-二甲氧基乙烷、1-2-二乙氧基甲氧基乙烷、乙氧基甲氧基乙烷）、环醚（例如，四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃）、1,3-二氧戊环）、硫化合物（例如，环丁砜）及其组合。
在某些情况下，多孔分隔件26可包括多微孔聚合物分隔件，该多微孔聚合物分隔件包括聚烯烃。聚烯烃可以是均聚物（衍生自单一单体成分）或杂聚物（衍生自多于一种单体成分），其可以是直链或支链中的任一者。如果杂聚物衍生自两种单体成分，则聚烯烃可采取任何共聚物链排列，包括嵌段共聚物或无规共聚物的那些排列。类似地，如果聚烯烃是衍生自多于两种单体成分的杂聚物，则其同样可以是嵌段共聚物或无规共聚物。在某些方面中，聚烯烃可以是聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、或聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）的共混物、或PE和/或PP的多层结构化多孔膜。市售聚烯烃多孔分隔件膜26包括可获自Celgard LLC的CELGARD® 2500（单层聚丙烯分隔件）和CELGARD® 2320（三层聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯分隔件）。
当分隔件26是多微孔聚合物分隔件时，其可以是单层或多层层压件，其可由干法或湿法中的任一者制造。例如，在某些情况下，聚烯烃的单层可形成整个分隔件26。在其他方面中，分隔件26例如可以是具有在相对表面之间延伸的大量孔隙的纤维膜并且可具有小于1毫米的平均厚度。然而，作为另一个示例，可组装类似或不同聚烯烃的多个分立层以形成多微孔聚合物分隔件26。除了聚烯烃之外，分隔件26还可包括其他聚合物，诸如但不限于聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚偏二氟乙烯（PVdF）、聚酰胺、聚酰亚胺、聚(酰胺-酰亚胺)共聚物、聚醚酰亚胺和/或纤维素，或适合于产生所需的多孔结构的任何其他材料。聚烯烃层和任何其他可选的聚合物层可进一步作为纤维层包括在分隔件26中以帮助向分隔件26提供适当的结构和孔隙率特性。
在某些方面中，分隔件26可还包括陶瓷材料和耐热材料中的一者或多者。例如，分隔件26也可与陶瓷材料和/或耐热材料混合，或者分隔件26的一个或多个表面可用陶瓷材料和/或耐热材料涂覆。在某些变型中，陶瓷材料和/或耐热材料可设置在分隔件26的一个或多个侧面上。陶瓷材料可选自由以下各者组成的组：氧化铝（Al2O3）、二氧化硅（SiO2）及其组合。耐热材料可选自由以下各者组成的组：诺梅克斯（Nomex）、芳族聚酰胺（Aramid）及其组合。
设想了用于形成分隔件26的各种常规可得的聚合物和商品，以及可被采用以生产这种多微孔聚合物分隔件26的许多制造方法。在每种情况下，分隔件26可具有大于或等于约1 µm至小于或等于约50 µm的厚度；并且在某些情况下，可选地大于或等于约1 µm至小于或等于约20 µm。分隔件26可具有大于或等于1 µm至小于或等于50 µm、并且在某些情况下可选地大于或等于1 µm至小于或等于20 µm的厚度。
负电极22可由能够充当电池20的负端子的锂主体材料形成。在各种方面中，负电极22可由多个负电活性材料颗粒（未示出）限定。这种负电活性材料颗粒可设置在一个或多个层中以便限定负电极22的三维结构。电解质30可例如在电池单元组装之后被引入，并且被包含在负电极22的孔隙（未示出）内。在某些变型中，负电极22可包括多个固态电解质颗粒（未示出）。负电极22（包括所述一个或多个层）可具有大于或等于约1 µm至小于或等于约500 µm、并且在某些方面中可选地大于或等于约10 µm至小于或等于约200 µm的厚度。负电极22（包括所述一个或多个层）可具有大于或等于1 µm至小于或等于500 µm、并且在某些方面中可选地大于或等于10 µm至小于或等于200 µm的厚度。
负电极22可包括负电活性材料，该负电活性材料包括锂，诸如例如锂金属。在某些变型中，负电极可以是由锂金属形成的膜或层。其他材料也能够用于形成负电极22，包括例如碳质材料（诸如，石墨、硬碳、软碳）和/或锂硅、含硅二元和三元合金，和/或含锡合金（诸如，Si、Li-Si、SiOx（其中0 ≤ x ≤ 2）、Si-Sn、SiSnFe、SiSnAl、SiFeCo、SnO2等），和/或其他体积膨胀材料（例如，铝（Al）、锗（Ge））。例如，在某些变型中，负电活性材料可包括碳质硅基复合材料，包括例如约10 wt.%的SiOx（其中0 ≤ x ≤ 2）和约90 wt.%的石墨。
在某些变型中，可选地，负电极22中的（多种）负电活性材料可与提供电子传导路径的一种或多种导电材料和/或改进负电极22的结构完整性的至少一种聚合物粘结剂材料混合。例如，可选地，负电极22中的（多种）负电活性材料可与比如以下各者的粘结剂混合（例如，浆料浇注）：聚酰亚胺、聚酰胺酸、聚酰胺、聚砜、聚偏二氟乙烯（PVdF）、聚四氟乙烯（PTFE）、三元乙丙橡胶（EPDM）或羧甲基纤维素（CMC）、丁腈橡胶（NBR）、苯乙烯-丁二烯橡胶（SBR）、聚丙烯酸锂（LiPAA）、聚丙烯酸钠（NaPAA）、藻酸钠或藻酸锂。导电材料可包括碳基材料、粉末状镍或其他金属颗粒、或导电聚合物。碳基材料可包括例如石墨、乙炔黑（诸如，KETCHENTM黑或DENKATM黑）、碳纤维和纳米管、石墨烯等的颗粒。导电聚合物的示例包括聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔、聚吡咯等。在某些方面中，可使用导电材料的混合物。
在各种方面中，负电极22可包括大于或等于约10 wt.%至小于或等于约99 wt.%、并且在某些变型中大于或等于约50 wt.%至小于或等于约95 wt.%的（多种）负电活性材料；大于或等于0 wt.%至小于或等于约40 wt.%、并且在某些方面中可选地大于或等于约1wt.%至小于或等于约20 wt.%的电子传导材料；以及大于或等于0 wt.%至小于或等于约40wt.%、并且在某些方面中可选地大于或等于约1 wt.%至小于或等于约20 wt.%的所述至少一种聚合物粘结剂。负电极22可包括大于或等于10 wt.%至小于或等于99 wt.%、并且在某些变型中大于或等于50 wt.%至小于或等于95 wt.%的（多种）负电活性材料；大于或等于0wt.%至小于或等于40 wt.%、并且在某些方面中可选地大于或等于1 wt.%至小于或等于20wt.%的电子传导材料；以及大于或等于0 wt.%至小于或等于40 wt.%、并且在某些方面中可选地大于或等于1 wt.%至小于或等于20 wt.%的所述至少一种聚合物粘结剂。
正电极24可由锂基活性材料形成，该锂基活性材料能够在充当电池20的正端子时经历锂嵌入和脱嵌、合金化和去合金化、或析出和剥离。正电极24能够由多个电活性材料颗粒限定（例如，如图2B和图2B中所图示的）。这种正电活性材料颗粒可设置在一个或多个层中以便限定正电极24的三维结构。电解质30可例如在电池单元组装之后被引入，并且被包含在正电极24的孔隙（未示出）内。例如，在某些变型中，正电极24可包括多个固态电解质颗粒（未示出）。在每种情况下，正电极24可具有大于或等于约1 µm至小于或等于约500 µm、并且在某些方面中可选地大于或等于约10 µm至小于或等于约200 µm的厚度。正电极24可具有大于或等于1 µm至小于或等于500 µm、并且在某些方面中可选地大于或等于10 µm至小于或等于200 µm的厚度。
能够用于形成正电极24的已知材料的一种示例性常见类别是层状锂过渡金属氧化物。例如，在某些方面中，正电极24可包括具有尖晶石结构的一种或多种材料，诸如锂锰氧化物（Li(1+x)Mn2O4，其中0.1 ≤ x ≤ 1）（LMO）、锂锰镍氧化物（LiMn(2-x)NixO4，其中0 ≤ x≤ 0.5）（LNMO）（例如，LiMn1.5Ni0.5O4）；具有层状结构的一种或多种材料，诸如锂钴氧化物（LiCoO2）、锂镍锰钴氧化物（Li(NixMnyCoz)O2，其中0 ≤ x ≤ 1、0 ≤ y ≤ 1、0 ≤ z ≤1，并且x + y + z = 1）（例如，LiMn0.33Ni0.33Co0.33O2）（NMC）、或锂镍钴金属氧化物（LiNi(1-x-y)CoxMyO2，其中0<x<0.2、y<0.2，并且M可以是Al、Mg、Ti等）；或具有橄榄石结构的锂铁聚阴离子氧化物，诸如锂铁磷酸盐（LiFePO4）（LFP）、锂锰铁磷酸盐（LiMn2-xFexPO4，其中0 < x < 0.3）（LFMP）、或锂铁氟磷酸盐（Li2FePO4F）。
在各种方面中，正电极24可以是由下式表示的富镍阴极：
LiM1 xM2 yM3 zM4 (1-x-y-z)O2
其中M1、M2、M3和M4是过渡金属（例如，独立地选自由以下各者组成的组：镍（Ni）、锰（Mn）、钴（Co）、铝（Al）、铁（Fe）及其组合），0 ≤ x ≤1、0 ≤ y ≤ 1且0 ≤ z ≤ 1。例如，正电极24可包括NCM 111、NCM 532、NCM 622、NCM 712、NCM 811、NCMA、NCA、LNMO及其组合。在这种情况下，正电极24可还包括一个或多个含锂涂层（例如，第一含锂涂层和/或第二含锂镀层）。
例如，如图2A中所图示的，正电极24可包括设置在正电极24的一个或多个暴露表面上的含锂涂覆层28。例如，含锂涂覆层28可覆盖正电极24的所述一个或多个暴露表面的大于或等于约30%至小于或等于约50%、并且在某些方面中可选地大于或等于30%至小于或等于50%的总表面积。含锂涂覆层28可具有大于或等于约0.2 nm至小于或等于约5 nm、并且在某些方面中可选地大于或等于0.2 nm至小于或等于5 nm的厚度。在某些变型中，如图2B中所图示的，在电池单元形成周期期间，电解质添加剂可在含锂涂覆层28的一个或多个暴露表面上形成钝化层68（其缓解电解质分解和氧释放）。钝化层68可在电解质添加剂在含锂涂覆层28的界面处分解时形成。例如，钝化层68可覆盖含锂涂覆层28的大于或等于约0.1%至小于或等于约50%、并且在某些方面中可选地大于或等于0.1%至小于或等于50%的总暴露表面积。钝化层68可具有大于或等于约0.1 nm至小于或等于约100 nm、并且在某些方面中可选地大于或等于0.1 nm至小于或等于100 nm的厚度。尽管未图示，但在某些变型中，电解质添加剂还可填充含锂涂覆层28中的空隙或裂缝，以便在初始和后续电池单元循环期间帮助并维持界面稳定性。例如，电解质添加剂可扩散到空隙或裂缝中并在其中形成新的钝化层。也就是说，含锂涂覆层28和电解质添加剂是互补的，它们一起作用以改进电池20的电化学性能和热稳定性。
在其他变型中，如图2C中所图示的，限定正电极24的多个电活性材料颗粒44中的一个或多个可用含锂颗粒涂层38涂覆。例如，含锂颗粒涂层38可覆盖每个涂覆的电活性材料颗粒44的大于或等于约95%至小于或等于约100%的总暴露表面积。含锂颗粒涂层38可具有大于或等于约0.2 nm至小于或等于约5 nm的厚度。在某些变型中，如图2D中所图示的，在第一电池单元循环期间，电解质添加剂可在正电极24的一个或多个暴露表面上形成钝化层70（其缓解电解质分解和氧释放）。例如，钝化层70可覆盖正电极24的大于或等于约0.1%至小于或等于约50%的总暴露表面积。钝化层70可具有大于或等于约0.1 nm至小于或等于约100 nm的厚度。在其他变型中，如图2E中所图示的，在第一电池单元循环期间，电解质添加剂可在含锂颗粒涂层38的一个或多个暴露表面上形成钝化层72（其缓解电解质分解和氧释放）。例如，钝化层72可覆盖每个含锂颗粒涂层38的大于或等于约0.1%至小于或等于约50%的总暴露表面积。钝化层72可具有大于或等于约0.1 nm至小于或等于约100 nm的厚度。尽管未图示，但在某些变型中，电解质添加剂还可填充含锂颗粒涂层38中的空隙或裂缝，以便在初始和后续电池单元循环中帮助并维持界面稳定性。更进一步地，在某些变型中，如图2F中所图示的，在第一电池单元循环期间，电解质添加剂可在含锂颗粒涂层38的一个或多个暴露表面上形成钝化层72（其缓解电解质分解和氧释放），并且在正电极24的一个或者多个暴露表面上形成钝化层70。
在更进一步的变型中，如图2G中所图示的，正电极24可包括设置在正电极24的一个或多个暴露表面上的含锂涂覆层28（即，第一含锂涂层），并且限定正电极24的多个电活性材料颗粒44中的一个或多个可用含锂颗粒涂层38（即，第二含锂涂层）涂覆。在某些变型中，如图2H中所图示的，在第一电池单元循环期间，电解质添加剂可在含锂涂覆层28的一个或多个暴露表面上形成钝化层68（其缓解电解质分解和氧释放）。在其他变型中，如图2I中所图示的，在第一电池单元循环期间，电解质添加剂可在含锂颗粒涂层38的一个或多个暴露表面上形成钝化层72（其缓解电解质分解和氧释放）。更进一步地，在某些变型中，在第一电池单元循环期间，电解质添加剂可在含锂颗粒涂层38的一个或多个暴露表面上形成钝化层72（其缓解电解质分解和氧释放），并且在正电极24的一个或多个暴露表面上形成钝化层70。
在每种情况下，含锂涂覆层28和/或含锂颗粒涂层38可具有在室温下大于或等于约10-7 s/cm至小于或等于约10-3 s/cm的离子电导率，使得锂离子（Li+）能够通过含锂涂覆层28和/或含锂颗粒涂层38。在某些变型中，含锂涂覆层28和/或含锂颗粒涂层38可包括磷酸锂（例如，LixPOy）、氧化铝锂（例如，LiAlxOy）、铌酸锂（例如，LiNbxOy）、硅酸锂（例如，LiSixOy）、氟化锂铝（例如，LiAlxFy）、氟化锂（LiFx）、锂磷氧氮（LiPON）及其组合。
含锂涂覆层28和/或含锂颗粒涂层38可充当保护层，它们在电池循环期间提供保护以防金属溶解和各种副反应（例如，与电解质和/或负电活性材料），同时还促进各种界面处的离子运输动力学。例如，含锂涂覆层28和/或含锂颗粒涂层38可使正电极24钝化（且更具体地，使所述多个（正）电活性材料颗粒44钝化），使得正电极24和/或电活性材料颗粒44不接触电解质30。由此，减少或最小化电解质和正电极24和/或电活性材料颗粒44之间的副反应。
重新参考图1，在某些变型中，可选地，正电极24中的（多种）正电活性材料可与提供电子传导路径的电子传导材料和/或改进电极24的结构完整性的至少一种聚合物粘结剂材料混合。例如，可选地，正电极24中的（多种）正电活性材料可与比如以下各者的粘结剂混合（例如，浆料浇注）：聚酰亚胺、聚酰胺酸、聚酰胺、聚砜、聚偏二氟乙烯（PVdF）、聚四氟乙烯（PTFE）、三元乙丙橡胶（EPDM）或羧甲基纤维素（CMC）、丁腈橡胶（NBR）、苯乙烯-丁二烯橡胶（SBR）、聚丙烯酸锂（LiPAA）、聚丙烯酸钠（NaPAA）、藻酸钠或藻酸锂。导电材料可包括碳基材料、粉末状镍或其他金属颗粒、或导电聚合物。碳基材料可包括例如石墨、乙炔黑（诸如，KETJENTM黑或DENKATM黑）、碳纤维和纳米管、石墨烯等的颗粒。导电聚合物的示例包括聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔、聚吡咯等。在某些方面中，可使用导电材料的混合物。
正电极24可包括大于或等于约5 wt.%至小于或等于约99 wt.%、可选地大于或等于约10 wt.%至小于或等于约99 wt.%、并且在某些变型中大于或等于约50 wt.%至小于或等于约98 wt.%的（多种）正电活性材料；大于或等于0 wt.%至小于或等于约40 wt.%、并且在某些方面中可选地大于或等于约1 wt.%至小于或等于约20 wt.%的电子传导材料；以及大于或等于0 wt.%至小于或等于约40 wt.%、并且在某些方面中可选地大于或等于约1wt.%至小于或等于约20 wt.%的所述至少一种聚合物粘结剂。正电极24可包括大于或等于5wt.%至小于或等于99 wt.%、可选地大于或等于10 wt.%至小于或等于99 wt.%、并且在某些变型中大于或等于50 wt.%至小于或等于98 wt.%的（多种）正电活性材料；大于或等于0wt.%至小于或等于40 wt.%、并且在某些方面中可选地大于或等于1 wt.%至小于或等于20wt.%的电子传导材料；以及大于或等于0 wt.%至小于或等于40 wt.%、并且在某些方面中可选地大于或等于1 wt.%至小于或等于20 wt.%的所述至少一种聚合物粘结剂。
在各种方面中，本公开提供了用于形成阴极涂层的方法，该阴极涂层包括含锂涂覆层和/或含锂颗粒涂层，例如如图2A–2I中所图示的。这些方法可使用市售原子层沉积（ALD）和/或等离子体增强原子层沉积（PEALD）技术和装备来执行，这些技术和装备促进对温度、压力和/或剂量给送的严格控制。原子层沉积（ALD）和等离子体增强原子层沉积（PEALD）是用于形成（即，化学沉积或生长）大致均匀和超薄涂层的自限制工艺。在原子层沉积（ALD）是纯热工艺且等离子体增强原子层沉积（PEALD）是等离子体辅助工艺的情况下，等离子体增强原子层沉积（PEALD）与原子层沉积（ALD）不同。等离子体增强原子层沉积（PEALD）通常更易于控制（例如，允许使用更低的沉积温度），并且也更具成本效益。
原子层沉积（ALD）和等离子体增强原子层沉积（PEALD）通常包括使靶衬底或表面（例如，正电极和/或正电活性材料颗粒）经受自饱和气相表面反应。例如，原子层沉积（ALD）和等离子体增强原子层沉积（PEALD）通常在具有容纳靶材的真空沉积室的设备中进行。在某些变型中，真空沉积室可包括用于靶衬底的卷到卷处理的旋转轴。真空沉积室被构造成允许引入蒸气源（即，涂层前体）和/或载气。蒸气源和载气可同时或连续地被引入。例如，蒸气源可以在载气上脉冲进入真空沉积室中。同样，真空沉积室可使用例如真空泵抽或用惰性气体冲洗来清除蒸气源和/或载气。可控制真空沉积室的脉冲和清除，以便管理靶衬底暴露于其的蒸气源的剂量。
在各种方面中，涂层前体可包括一种或多种二元或三元化合物、一种或多种锂源前体、以及一种或多种氧化剂（例如，有和/或没有等离子体）。二元或三元化合物可包括例如磷酸锂（例如，LixPOy）、氧化铝锂（例如，LiAlxOy）、铌酸锂（例如，LiNbxOy）、硅酸锂（例如，LiSixOy）、氟化锂铝（例如，LiAlxFy）、氟化锂（LiFx）、锂磷氧氮（LiPON）及其组合。锂源前体可包括例如叔丁醇锂（LiOtBu）、双(三甲基硅基)氨基锂（LiHMDS）、2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸锂（Lithd）、氨基锂及其组合。在其他变型中，磷酸盐的示例前体可以是磷酸三甲酯（(MeO)3PO）（TMPO），硅的示例前体可以是TEOS，钛的示例前体可以是TTIP，铝的示例前体可以是TMA，并且铌的示例前体可以是NB(OEt)5。氧化剂可包括例如磷酸三甲酯（(MeO)3PO）（TMPO）、H2O、TiF4、NH4F、O3、O2及其组合。在原子层沉积（ALD）的示例中，载气可包括例如Ar和/或N2。在等离子体增强原子层沉积（PEALD）的示例中，载气可包括例如Ar、O2、O3、N2、NH3及其组合。
真空沉积室还可包括一个或多个控制件，所述一个或多个控制件被构造成控制靶衬底对涂层前体和/或载气的暴露。所述一个或多个控制件可例如仅包括加热器、冷却器、流动路线选择和阀等。在各种方面中，原子层沉积（ALD）和/或等离子体增强原子层沉积（PEALD）工艺的沉积温度可以是大于或等于约室温至小于或等于约400°C、大于或等于约100°C至小于或等于约300°C、并且在某些方面中可选地大于或等于约100°C至小于或等于约250°C。在某些变型中，原子层沉积（ALD）和/或等离子体增强原子层沉积（PEALD）工艺的沉积温度可以是大于或等于室温至小于或等于400°C、大于或等于100°C至小于或等于300°C、并且在某些方面中可选地大于或等于100°C至小于或等于250°C。例如，在原子层沉积（ALD）的情况下，锂导电涂层工艺可发生在大于或等于约200°C至小于或等于约300°C的温度下，并且在等离子体增强原子层沉积（PEALD）的情况下，锂导电涂层工艺可发生在大于或等于约100°C至小于或等于约300°C的温度下。在某些变型中，在原子层沉积（ALD）的情况下，锂导电涂层工艺可发生在大于或等于200°C至小于或等于300°C的温度下，并且在等离子体增强原子层沉积（PEALD）的情况下，锂导电涂层工艺可发生在大于或等于100°C至小于或等于300°C的温度下。
在一个示例中，所述一种或多种二元或三元化合物可包括磷酸锂（例如，LixPOy），所述一种或多种锂源前体可包括叔丁醇锂（LiOtBu），并且所述一种或多种氧化剂可包括磷酸三甲酯（(MeO)3PO）（TMPO）。在这种情况下，沉积温度可大于或等于约225°C至小于或等于约300°C、并且在某些方面中可选地大于或等于225°C至小于或等于300°C，而磷酸三甲酯（(MeO)3PO）（TMPO）的升华温度大于或等于约70°C至小于或等于约80°C、并且在某些方面中可选地大于或等于70°C至小于或等于80°C，并且LiOtBu的升华温度为约170°C、并且在某些方面中可选地为170°C。
在以下非限制性示例中进一步说明了当前技术的某些特征。
示例1
可根据本公开的各种方面来制备示例电池单元。
例如，示例电池单元410可包括：正电极，其包括镍锰钴铝（NCMA）电活性材料（例如，NMCA Ni85）；以及根据本公开的各种方面所制备的阴极涂层（包括电极层涂层和颗粒涂层两者），其具有约2 nm的厚度。
示例电池单元420可包括：正电极，其包括镍锰钴铝（NCMA）电活性材料（例如，NMCANi85）；以及根据本公开的各种方面所制备的阴极涂层（包括电极层涂层和颗粒涂层两者），其具有约5 nm的厚度。
比较电池单元430也可包括正电极，该正电极包括镍锰钴铝（NCMA）电活性材料（例如，NMCA Ni85）。然而，比较电池单元430没有如根据本公开的各种方面所制备的阴极涂层。
图3是表示相比于比较电池单元430，示例电池单元410、420的容量保持性的图解图示，其中x轴400表示循环数，且y轴402表示容量（mAh/g）。如所图示的，根据本公开的各种方面，与比较电池单元430相比，包括阴极涂层的示例电池单元410、420具有改进的长期性能。
示例2
可根据本公开的各种方面来制备示例电池单元。
例如，示例电池单元510可包含包括镍锰钴铝（NCMA）电活性材料（例如，NMCANi85）的正电极以及根据本公开的各种方面所制备的约0.25 wt.%的电解质添加剂（例如，二氟草酸硼酸锂（LiDFOB））。
示例电池单元520可包含包括镍锰钴铝（NCMA）电活性材料（例如，NMCA Ni85）：的正电极以及根据本公开的各种方面所制备的约0.5 wt.%的电解质添加剂（例如，二氟草酸硼酸锂（LiDFOB））。
示例电池单元530可包含包括镍锰钴铝（NCMA）电活性材料（例如，NMCA Ni85）的正电极以及根据本公开的各种方面所制备的约1.0 wt.%的电解质添加剂（例如，二氟草酸硼酸锂（LiDFOB））。
比较电池单元540也可包含包括镍锰钴铝（NCMA）电活性材料（例如，NMCA Ni85）的正电极。然而，比较电池单元540没有电解质添加剂。
图4A是表示相比于比较电池单元540，示例电池单元510、520、530的热稳定性的图解图示，其中x轴500表示温度（°C），且y轴502表示重量百分比（wt.%）。如所图示的，根据本公开的各种方面，与比较电池单元540相比，包括电解质添加剂的示例电池单元510、520、530具有改进的热稳定性。
图4B是表示相比于比较电池单元540，示例电池单元510、520、530的库仑效率的图解图示，其中x轴504表示循环数，且y轴506表示库仑效率（%）。如所图示的，根据本公开的各种方面，与比较电池单元540相比，包括电解质添加剂的示例电池单元510、520、530具有改进的效率。
图4C是表示相比于比较电池单元540，示例电池单元510、520的容量保持性的图解图示，其中x轴508表示循环数，且y轴512表示容量（mAh/g）。如所图示的，根据本公开的各种方面，与比较电池单元540相比，包括电解质添加剂的示例电池单元510、520具有改进的容量保持性。
示例3
可根据本公开的各种方面来制备示例电池单元。
示例电池单元610可包含包括镍锰钴铝（NCMA）电活性材料（例如，NMCA Ni85）的正电极以及阴极涂层（包括电极层涂层和颗粒涂层两者）。示例电池单元610可还包括约0.25wt.%的电解质添加剂（例如，二氟草酸硼酸锂（LiDFOB））。
比较电池单元620也可包括正电极，该正电极包括镍锰钴铝（NCMA）电活性材料（例如，NMCA Ni85）。然而，比较电池单元620没有阴极涂层和电解质添加剂。
比较电池单元630也可包含包括镍锰钴铝（NCMA）电活性材料（例如，NMCA Ni85）的正电极以及电解质添加剂。然而，比较电池单元630没有阴极涂层。
比较电池单元640也可包含包括镍锰钴铝（NCMA）电活性材料（例如，NMCA Ni85）的正电极以及阴极涂层（包括电极层涂层和颗粒涂层两者）。然而，比较电池单元640没有电解质添加剂。
图5是表示相比于比较电池单元620、630、640，示例电池单元610的容量保持性的图解图示，其中x轴600表示循环数，且y轴602表示容量（mAh/g）。如所图示的，根据本公开的各种方面，与比较电池单元620、630、640相比，包括阴极涂层和电解质添加剂的示例电池单元610具有改进的容量保持性。
示例4
可根据本公开的各种方面来制备示例电池单元。
示例电池单元710可包含包括镍锰钴铝（NCMA）电活性材料（例如，NMCA Ni85）的正电极以及阴极涂层（包括电极层涂层和颗粒涂层两者）。
示例电池720可包含包括镍锰钴铝（NCMA）电活性材料（例如，NMCA Ni85）的正电极以及电解质添加剂（例如，二氟草酸硼酸锂（LiDFOB））。
比较电池单元730也可包含包括镍锰钴铝（NCMA）电活性材料（例如，NMCA Ni85）的正电极。然而，比较电池单元620没有阴极涂层和电解质添加剂。
图6是表示相比于比较电池单元730，示例电池单元710、720的热稳定性的图解图示，其中x轴700表示温度（°C），且y轴702表示热流量（HF）。
如所图示的，与比较电池单元730相比，根据本公开的各种方面所制备的示例电池单元710、720具有改进的热稳定性。
已出于图示和描述的目的提供了实施例的前述描述。其并不旨在为穷尽的或限制本公开。特定实施例的各个元件或特征通常不限于该特定实施例，而是在适用的情况下是可互换的，并且即使未具体示出或描述，也能够在所选实施例中使用。其也可以以许多方式变化。这种变型将不被认为是背离本公开，并且所有这种修改都旨在被包括在本公开的范围内。

Claims (10)

1.一种正电极，其包括：
正电活性材料，其限定电活性材料层；以及
含锂涂层，其设置在所述电活性材料层的一个或多个表面上，所述含锂涂层具有大于或等于约0.2 nm至小于或等于约5 nm的厚度，以及大于或等于约10-7 S/cm至小于或小于约10-3 S/cm的离子电导率。
2.根据权利要求1所述的正电极，其中，所述正电活性材料选自由以下各者组成的组：NCM 111、NCM 532、NCM 622、NCM 712、NCM 811、NCMA、NCA、LNMO及其组合，并且
所述含锂涂层包括选自由以下各者组成的组的含锂材料：磷酸锂、氧化铝锂、铌酸锂、硅酸锂、氟化锂铝、氟化锂、锂磷氧氮（LiPON）及其组合。
3.根据权利要求1所述的正电极，其中，所述含锂涂层覆盖所述电活性材料层的大于或等于约30%至小于或等于约50%的总表面积。
4.根据权利要求1所述的正电极，其还包括：
大于0 wt.%至小于或等于约1 wt.%的电解质添加剂，其中，所述电解质添加剂由Li[B(OCH2)xCF3)4]表示，其中1 ≤ x ≤ 6。
5.根据权利要求4所述的正电极，其中，所述电解质添加剂包括：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
及其组合。
6.根据权利要求4所述的正电极，其还包括：
钝化层，其由设置在所述含锂涂层的一个或多个暴露表面上的电解质添加剂限定，其中，所述钝化层具有大于或等于约0.2 nm至小于或等于约5 nm的厚度并且覆盖所述含锂涂层的大于或等于约0.1%至小于或等于约50%的总暴露表面积。
7.根据权利要求1所述的正电极，其中，使用原子层沉积（ALD）工艺或等离子体增强原子层沉积（PEALD）工艺中的一种来制备所述含锂涂层，其中，涂层前体包括一种或多种二元或三元化合物、一种或多种锂源前体以及一种或多种氧化剂。
8.根据权利要求8所述的正电极，其中，所述一种或多种二元或三元化合物选自由以下各者组成的组：
磷酸锂、氧化铝锂、铌酸锂、硅酸锂、氟化锂铝、氟化锂、锂磷氧氮（LiPON）及其组合；
所述一种或多种锂源前体选自由以下各者组成的组：叔丁醇锂（LiOtBu）、双(三甲基硅基)氨基锂（LiHMDS）、2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸锂（Lithd）、氨基锂及其组合；并且
所述一种或多种氧化剂选自由以下各者组成的组：磷酸三甲酯（(MeO)3PO）（TMPO）、H2O、TiF4、NH4F、O3、O2及其组合。
9.根据权利要求8所述的正电极，其中，所述原子层沉积（ALD）工艺或等离子体增强原子层沉积（PEALD）工艺具有大于或等于约100°C至小于或等于约250°C的沉积温度。
10.根据权利要求1所述的正电极，其中，所述含锂涂层是第一涂层，所述正电活性材料由多个正电活性材料颗粒限定，并且所述正电极还包括：
包围所述多个正电活性材料颗粒中的至少一个正电活性材料颗粒的至少一个第二含锂涂层，其中，所述至少一个第二含锂涂层具有大于或等于约0.2 nm至小于或等于约5 nm的厚度并且覆盖所述至少一个正电活性材料颗粒的大于或等于约95%至小于或等于约100%的总暴露表面积，并且
其中，所述至少一个第二含锂涂层包括选自由以下各者组成的组的含锂材料：磷酸锂、氧化铝锂、铌酸锂、硅酸锂、氟化锂铝、氟化锂、锂磷氧氮（LiPON）及其组合。
CN202211249521.1A 2021-12-10 2022-10-12 用于阴极材料的含锂涂层 Pending CN116314780A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/548031 2021-12-10
US17/548,031 US20230187612A1 (en) 2021-12-10 2021-12-10 Lithium-containing coatings for cathode materials

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116314780A true CN116314780A (zh) 2023-06-23

Family

ID=86498748

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211249521.1A Pending CN116314780A (zh) 2021-12-10 2022-10-12 用于阴极材料的含锂涂层

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20230187612A1 (zh)
CN (1) CN116314780A (zh)
DE (1) DE102022124629A1 (zh)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011165467A (ja) * 2010-02-09 2011-08-25 Toyota Motor Corp 固体電池
JP6329745B2 (ja) * 2013-10-02 2018-05-23 三星電子株式会社Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． リチウムイオン二次電池およびリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法
US12002955B2 (en) * 2018-11-29 2024-06-04 L&F Co., Ltd. Cathode active material for lithium secondary battery
JP7100808B2 (ja) * 2019-02-08 2022-07-14 トヨタ自動車株式会社 リチウムイオン二次電池と活物質材料の製造方法
JP7092093B2 (ja) * 2019-06-05 2022-06-28 トヨタ自動車株式会社 湿潤混合物、正極板、及び、リチウムイオン二次電池の製造方法、湿潤混合物、正極板、及び、リチウムイオン二次電池
JP7226302B2 (ja) * 2019-12-26 2023-02-21 トヨタ自動車株式会社 固体電池及びその製造方法
JP2022087504A (ja) * 2020-12-01 2022-06-13 トヨタ自動車株式会社 被覆正極活物質、被覆正極活物質の製造方法および全固体電池

Also Published As

Publication number Publication date
US20230187612A1 (en) 2023-06-15
DE102022124629A1 (de) 2023-06-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112448047B (zh) 预锂化电极的方法
CN112928242B (zh) 形成预锂化硅合金电活性材料的方法
CN110556521B (zh) 硅阳极材料
CN112750995A (zh) 制备硅-碳复合电极材料的方法
CN115241456A (zh) 具有用于控制固体电解质界面层的形成的表面结构的集流体
CN114388774A (zh) 过锂化的阴极材料
CN114597346A (zh) 电化学电池的厚电极
US20230101215A1 (en) Solid-state synthesis for the fabrication of a layered anode material
US12009503B2 (en) Electroactive particles having electronically conductive coatings
CN115548419A (zh) 过锂化阴极材料及其形成方法
CN117174496A (zh) 用于电容器辅助电池组的电解质添加剂
US11843110B2 (en) Methods for controlling formation of multilayer carbon coatings on silicon-containing electroactive materials for lithium-ion batteries
US20230187612A1 (en) Lithium-containing coatings for cathode materials
US11799083B2 (en) Lithiation additive for a positive electrode
US20230102190A1 (en) Negative electroactive materials and methods of forming the same
US20240055593A1 (en) Hybrid battery having improved thermal stability and power performance
US20240213438A1 (en) Methods of lithiating electroactive materials
CN116504924A (zh) 用于锂金属电极的保护涂层及其形成方法
CN117476862A (zh) 用于电化学电池的预锂化多孔层及其形成方法
CN117525401A (zh) 硝酸盐阴极添加剂及其使用和形成方法
CN117438640A (zh) 用于包含液体电解质的电化学电池的固态中间层
CN117239213A (zh) 包括无阳极电池的锂离子电池组
CN117096295A (zh) 用于正极电活性材料的含锂颗粒涂层
CN116565451A (zh) 用于电化学电池的经涂覆的隔离件和其形成方法
CN116960351A (zh) 用于无阳极电化学电池单元的图案化集流器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination