CN117476870A - 多离子可再充电电池 - Google Patents

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Abstract

本公开提供“多离子可再充电电池”。一种用于电池的混合正极材料包括主要正极材料,所述主要正极材料包括量为所述主要正极材料的总重量的约30重量%至约99重量%的镍。所述主要正极材料具有允许锂离子的嵌入和脱嵌的结构。所述混合正极材料还包括辅助正极材料,所述辅助正极材料具有允许钠离子的嵌入和脱嵌的结构。有利地,所述混合正极材料可以用作电池中的阴极活性材料。

Description

多离子可再充电电池
技术领域
在至少一个方面,提供了一种用于电池的混合正极材料。
背景技术
锂离子电池具有在精心设计的系统下提供高能量和功率的成功性能。锂离子电池单元具有特定的使用标准,其中在其边界之外的运行可能会影响电池单元寿命。延长放电和充电电压截止极限的手段可以提供寿命和能量性能的增加。在极端电压和温度下可逆地相互作用的氧化还原对或二次离子可以保留原始的锂离子系统。
因此,需要增加锂离子电池的寿命和能量性能的能量设计。
发明内容
在至少一个方面,提供了一种用于电池的混合正极材料。所述混合正极材料包括主要正极材料,所述主要正极材料包括量为所述主要正极材料的总重量的约30重量%至约99重量%的镍。有利地,主要正极材料具有允许锂离子的嵌入和脱嵌的结构。所述混合正极材料还包括辅助正极材料,所述辅助正极材料具有允许钠离子的嵌入和脱嵌的结构。
另一方面,提供了一种用于可再充电电池的正极。所述正极包括集电器和设置在所述集电器上方的电化学活性层。所述电化学活性层包括混合正极材料,所述混合正极材料具有主要正极材料,所述主要正极材料包括量为所述主要正极材料的总重量的约30重量%至约99重量%的镍。主要正极材料具有允许锂离子的嵌入和脱嵌的结构。所述正极还包括具有允许钠离子的嵌入和脱嵌的结构的辅助正极材料。
另一方面,提供了一种包括至少一个锂离子电池单元的可再充电电池。每个锂离子电池单元包括正极,所述正极具有集电器和设置在所述集电器上方的电化学活性层,所述电化学活性层包括混合正极材料。所述混合正极材料包括主要正极材料,所述主要正极材料包括量为所述主要正极材料的总重量的约30重量%至约99重量%的镍。主要正极材料具有允许锂离子的嵌入和脱嵌的结构。所述可再充电电池还包括辅助正极材料,所述辅助正极材料具有允许钠离子的嵌入和脱嵌的结构。所述可再充电电池还包括:负极,所述负极包括负极活性材料;以及电解质,所述电解质接触所述正极和所述负极。
前述发明内容仅是说明性的,并且不意在以任何方式进行限制。除了上述说明性方面、实施例和特征之外,通过参考附图和以下具体实施方式,其他方面、实施例和特征将变得显而易见。
附图说明
为进一步理解本公开的本质、目标和优点,应参考以下具体实施方式,结合以下附图阅读,其中相同附图标记表示相同要素,并且在附图中:
图1A:具有混合电极活性材料并且涂覆在集电器的一侧上的电极的示意性横截面。
图1B:具有混合电极活性材料并且涂覆在集电器的两侧上的电极的示意性横截面。
图2:并入有图1A的电极的电池单元的示意性横截面。
图3:并入有图2的电池单元的电池的示意性横截面。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的当前优选组合物、实施例和方法,它们构成发明人当前已知的实践本发明的最佳模式。附图不一定按比例绘制。然而,应当理解,所公开实施例仅仅是可以各种形式和替代形式体现的本发明的示例。因此,本文公开的具体细节并不解释为限制性的,而仅解释为用于本发明的任何方面的代表性基础和/或解释为教导本领域技术人员以各种方式采用本发明的代表性基础。
除了在示例中或在另外明确指示的情况下,否则本说明书中指示反应和/或使用的材料量或条件的所有数值量应理解为用字词语“约”修饰,以描述本发明最广泛的范围。在所陈述的数值极限内的实践通常是优选的。并且,除非明确相反地陈述:否则所有R基团(例如,Ri,其中i是整数)包括氢、烷基、低级烷基、C1-6烷基、C6-10芳基、C6-10杂芳基、烷基芳基(例如,C1-8烷基C6-10芳基)、-NO2、-NH2、-N(R’R”)、-N(R’R”R”’)+L-、Cl、F、Br、-CF3、-CCl3、-CN、-SO3H、-PO3H2、-COOH、-CO2R’、-COR’、-CHO、-OH、-OR’、-O-M+、-SO3 -M+、-PO3 -M+、-COO-M+、-CF2H、-CF2R’、-CFH2和-CFR’R”,其中R’、R”和R”’是C1-10烷基或C6-18芳基基团,M+是金属离子,并且L-是带负电荷的反离子;相邻碳原子上的R基团可被组合为-OCH2O-;单个字母(例如,“n”或“o”)是1、2、3、4或5;在本文公开的化合物中,CH键可被以下项取代:烷基、低级烷基、C1-6烷基、C6-10芳基、C6-10杂芳基、-NO2、-NH2、-N(R’R”)、-N(R’R”R”’)+L-、Cl、F、Br、-CF3、-CCl3、-CN、-SO3H、-PO3H2、-COOH、-CO2R’、-COR’、-CHO、-OH、-OR’、-O-M+、-SO3 -M+、-PO3 -M+、-COO-M+、-CF2H、-CF2R’、-CFH2和-CFR’R”,其中R’、R”和R”’是C1-10烷基或C6-18芳基基团,M+是金属离子,并且L-是带负电荷的反离子;相邻碳原子上的氢原子可被取代为-OCH2O-;当给定的化学结构包含在化学部分(如芳基、烷基等)上的一个取代基时,该取代基被归为包含给定结构的更一般的化学结构;百分比、“份数”和比率值均以重量计;术语“聚合物”包括“低聚物”、“共聚物”、“三元共聚物”等等;除非另有指示,否则针对任何聚合物提供的分子量是指重均分子量;结合本发明针对给定目的合适或优选的一组或一类材料的描述暗示该组或类的成员中的任何两个或更多个的混合物同等地合适或优选;用化学术语对成分的描述是指添加到说明书中指定的任何组合时的成分,并且不一定排除一旦混合后混合物的成分之间的化学相互作用;首字母缩写词或其他缩写词的第一定义适用于本文中具有相同缩写词的所有后续使用,并且进行必要的修改后而适用于最初定义的缩写词的常规语法变型;并且,除非明确陈述为相反,否则通过与之前或之后针对同一性质所提及的相同技术来确定性质的度量。
还必须注意,除非上下文另外明确指明,否则如说明书和所附权利要求中所使用,单数形式“一个/种(a/an)”和“所述”包括复数个指示物。例如,以单数形式提及部件意在包括多个部件。
如本文所用,术语“约”意指所讨论的量或值可以是指定的特定值或其邻域中的某个其他值。通常,表示某个值的术语“约”意图表示在所述值的+/-5%内的范围。作为一个示例,短语“约100”表示100+/-5的范围,即,95至105的范围。通常,当使用术语“约”时,可以预期在指示值的+/-5%的范围内可以获得根据本发明的类似结果或效果。
如本文所使用的,术语“和/或”意指可存在所述组的要素中的全部或仅一个。例如,“A和/或B”应表示“仅A或仅B,或A和B两者”。在“仅A”的情况下,所述术语还覆盖不存在B的可能性,即“仅A,但无B”。
还应理解,本发明不限于下文描述的具体实施例和方法,因为具体部件和/或条件当然可能会发生变化。此外,本文所使用的术语仅用于描述本发明的特定实施例的目的,而并不意图以任何方式进行限制。
术语“包含”与“包括”、“具有”、“含有”或“特征在于”同义。这些术语是包括性的和开放式的,并且不排除另外的未叙述的要素或方法步骤。
短语“由……组成”不包括权利要求中未指明的任何要素、步骤或成分。当该短语出现在权利要求的主体的条款中而不是紧接在前序之后时,它仅限制该条款中阐述的要素;其他要素不会整体从权利要求中排除。
短语“基本上由……组成”将权利要求的范围限于指定的材料或步骤,加上不会实质上影响所要求保护的主题的基本和新颖特性的那些材料或步骤。
短语“由……构成”意指“包括”或“由……组成”。通常,该短语用于表示物体由材料形成。
相对于术语“包括”、“由……组成”和“基本上由……组成”,在本文中使用这三个术语中的一个的情况下,当前公开和要求保护的主题可包括其他两个术语中的任一个的使用。
术语“一个或多个”意指“至少一个”,并且术语“至少一个”意指“一个或多个”。术语“一个或多个”和“至少一个”包括“多个”和“多种”作为子集。在改进方案中,“一个或多个”包括“两个或更多个”。
术语“基本上”、“总体上”或“约”在本文可用来描述公开或要求保护的实施例。术语“基本上”可修饰本公开中公开或要求保护的值或相对特性。在此类实例中,“基本上”可表示其所修饰的值或相对特性在值或相对特性的±0%、0.1%、0.5%、1%、2%、3%、4%、5%或10%内。
还应了解,整数范围明确包括所有中间整数。例如,整数范围1-10明确包括1、2、3、4、5、6、7、8、9和10。相似地,范围1至100包括1、2、3、4....97、98、99、100。相似地,当需要任何范围时,作为上限与下限之间的差值除以10的增量的中间数值可被视为替代的上限或下限。例如,如果范围是1.1至2.1,则以下数值1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9和2.0可被选择作为下限或上限。
当提及数字量时,在改进方案中,术语“小于”包括非包括的下限,所述下限是“小于”之后指示的数字的5%。例如,在改进方案中,“小于20”包括非包括下限1。因此,“小于20”的这种该改进方案包括1至20之间的范围。在另一改进方案中,术语“小于”包括非包括下限,该非包括下限按优先级升序为“小于”之后指示的数字的20%、10%、5%或1%。
在本文阐述的示例中,量、温度和反应条件(例如,压力、pH、流速等)可在指示为四舍五入或截短至示例中提供的值的两个有效数字的值的正负50%的情况下实践。在改进方案中,量、温度和反应条件(例如,压力、pH、流速等)可在指示为四舍五入或截短至示例中提供的值的两个有效数字的值的正负30%的情况下实践。在另一改进方案中,量、温度和反应条件(例如,压力、pH、流速等)可在指示为四舍五入或截短至示例中提供的值的两个有效数字的值的正负10%的情况下实践。
对于表述为具有多个字母和数字下标的经验化学式(例如,CH2O)的所有化合物,下标的值可为指示为四舍五入或截短至两个有效数字的值的正负50%。例如,如果指示CH2O,具有式C(0.8-1.2)H(1.6-2.4)O(0.8-1.2)的化合物。在一种改进方案中,下标的值可为指示为四舍五入或截短至两个有效数字的值的正负30%。在又一改进方案中,下标的值可为指示为四舍五入或截短至两个有效数字的值的正负20%。
术语“普鲁士蓝”是指通过具有化学式Fe3+ 4[Fe2+(CN)6]3的亚铁氰化铁盐的氧化而产生的蓝色颜料。
术语“普鲁士白”是指完全还原和钠化形式的普鲁士蓝。普鲁士白的示例具有化学式Na1.88(5)Fe[Fe(CN)6]·0.18H2O。
缩略语:
“LCO”是指锂钴氧化物。
“NCMA”是指镍钴锰铝四元材料。
“NCA”是指镍钴铝三元材料。
“LFP”是指磷酸铁锂。
“LMP”是指磷酸锰锂。
“LVP”是指磷酸钒锂。
“LMO”是指锰酸锂。
参考图1A和图1B,提供了包括混合正极活性材料的正极的示意图。正极10包括混合正极活性材料层12,所述混合正极活性材料层包括设置在正极集电器14上方并且通常接触正极集电器14的混合正极活性材料。通常,正极集电器14是由诸如铝、铜、铂、锌、钛等金属构成的金属板或金属箔。目前,铜最常用于正极集电器。所述混合正极材料包括主要正极材料,所述主要正极材料包括量为所述主要正极材料的总重量的约30重量%至约99重量%的镍。有利地,主要正极材料具有允许锂离子的嵌入和脱嵌的结构。所述混合正极材料还包括辅助正极材料,所述辅助正极材料具有允许钠离子的嵌入和脱嵌的结构。图1A示出了混合正极活性材料层12设置在集电器14的单个面上方的示例,而图1B示出了混合正极活性材料层12设置在集电器14的两个相对面上方的示例。
在一个变型中,所述主要正极材料包括量为所述主要正极材料的所述总重量的约35重量%至约75重量%的镍。在一些改进方案中,所述主要正极材料包括量为所述主要正极材料的总重量的至少30重量%、35重量%、40重量%、45重量%、50重量%或55重量%以及按优先级升序为主要正极材料的总重量的至多99重量%、95重量%、90重量%、85重量%、80重量%或70重量%的镍。
主要正极材料可以是本领域已知的用作锂离子电池的主要电极材料的任何材料。合适的主要正极材料包括但不限于镍钴锰三元材料(NCM)、镍钴铝三元材料(NCA)、镍钴锰铝四元材料(NCMA)或它们的组合。
类似地,辅助正极材料可以是已知嵌入和脱嵌钠离子的任何材料。合适的辅助正极材料包括但不限于普鲁士白、普鲁士蓝(菱面体Na2MnFe(CN)6)、钠钴氧化物(例如,Na0.7CoO2+x)、钠锰氧化物(例如,Na0.44MnO2)、钠锰氧化物(例如,Na0.7MnO2+x)、磷酸铁钠(例如,NaFePO4)、磷酸锰钠(NaMnPO4)、钠铬氧化物(例如,NaCrO2)、磷酸钴钠(例如,NaCoPO4)、磷酸镍钠(例如,NaNiPO4)以及其组合。普鲁士白特别可用作辅助正极材料。
在一个变型中,所述主要正极材料与所述辅助正极材料的重量比为1:1至99:1。在改进方案中,辅助正极材料与主要正极材料的重量比为5:1至99:1。在一些改进方案中,主要正极材料与辅助正极材料的重量比按优先级升序为至少1:1、2:1、5:1、10:1、15:1、20:1或30:1,并且按优先级升序为至多99:1、90:1、85:1、80:1、70:1或60:1。
参考图2,提供了并入有图1的正极的可再充电电池单元的示意图。电池单元20包括如上所述的正极10、负极22以及插置在正极与负极之间的隔膜24。负极22包括负极集电器26和设置在负极集电器上方并且通常接触负极集电器的负极活性材料层28。通常,负极集电器26是由诸如铝、铜、铂、锌、钛等金属构成的金属板或金属箔。目前,铜最常用于负极集电器。电池单元浸没在由电池单元外壳32封闭的电解质30中。电解质30吸收到隔膜24中。换句话说,隔膜24包括电解质,从而允许锂离子和钠离子在负极与正极之间移动。所述电解质包括非水有机溶剂、锂盐和钠盐。非水有机溶剂用作用于传输参与电池的电化学反应的离子的介质。
参考图3,提供了并入有图1的正极和图2的电池单元的可再充电电池的示意图。可再充电电池40包括图2中的设计的至少一个电池单元。通常,可再充电电池40包括图2的设计的至少一个电池单元20i。每个电池单元20i包括如上所述的正极10、包括负极活性材料的负极22和电解质30,其中i是每个电池单元的整数标记。标记i从1到nmax,其中nmax是可再充电锂离子电池40中的电池单元的总数。所述电解质30包括非水有机溶剂、锂盐和钠盐。非水有机溶剂用作用于传输参与电池的电化学反应的离子的介质。多个电池单元可以串联、并联或以其组合进行接线。跨端子42和44提供来自电池40的电压输出。
参考图2和图3,隔膜24将负极22与正极10物理地分开,从而防止短路,同时允许锂离子和钠离子传输以进行充电和放电。因此,隔膜24可以由适合于该目的的任何材料构成。可以构成隔膜24的合适材料的示例包括但不限于聚四氟乙烯(例如,)、玻璃纤维、聚酯、聚乙烯、聚丙烯以及其组合。隔膜24可以呈织造织物或非织造织物的形式。隔膜24可以呈非织造织物或织造织物的形式。例如,聚烯烃基聚合物隔膜(诸如聚乙烯和/或聚丙烯)通常用于锂离子电池。为了确保耐热性或机械强度,可以使用包括陶瓷或聚合物材料涂层的涂覆的隔膜。
参考图2和图3,电解质30包括溶解在非水有机溶剂中的锂盐和钠盐。因此,电解质30包括锂离子和钠离子,所述锂离子和钠离子可以在充电期间嵌入正极活性材料中并且在放电期间嵌入阳极活性材料中。锂盐的示例包括但不限于LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6、LiC4F9SO3、LiClO4、LiAlO2、LiAlCl4、LiCl、LiI、LiB(C2O4)2、及它们的组合。在改进方案中,电解质包括量为约0.1M至约2.0M的锂盐。钠盐的示例包括但不限于NaBF4、Na[PF6]以及其组合。在改进方案中,电解质包括量为约0.1M至约2.0M的锂盐。
在一个变型中,可再充电电池被配置为主要作为锂离子电池运行,并且电池单元被配置为作为锂离子电池单元运行。因此,在该情形中,所述主要正极材料与所述辅助正极材料的重量比可以为1:1至99:1,并且电解质中锂盐与钠盐的重量比可以为约70:30至99:1。在改进方案中,辅助正极材料与主要正极材料的重量比为5:1至99:1。在一些改进方案中,主要正极材料与辅助正极材料的重量比按优先级升序为至少1:1、2:1、5:1、10:1、15:1、20:1或30:1,并且按优先级升序为至多99:1、90:1、85:1、80:1、70:1或60:1。类似地,电解质中锂盐与钠盐的重量比可以按优先级升序为至少约1:1、2:1、5:1、10:1、15:1、20:1或30:1并且按优先级升序为至多99:1、90:1、85:1、80:1、70:1或60:1。
在另一个变型中,可再充电电池被配置为作为钠离子电池运行,并且电池单元被配置为作为钠离子电池单元运行。因此,在该情形中,所述主要正极材料与所述辅助正极材料的重量比为1:99至1:3并且电解质中锂盐与钠盐的重量比为约1:20至1:3。在一些改进方案中,主要正极材料与辅助正极材料的重量比按优先级升序为至少1:100、2:100、5:100、10:100、15:100、20:100或30:100,并且按优先级升序为至多90:100、80:100、70:100、60:100、50:100或40:100。类似地,电解质中的锂盐与钠盐的重量比可以按优先级升序为至少约1:100、2:100、5:100、10:100、15:100、20:100或30:100,并且按优先级升序为至多90:100、80:100、70:100、60:100、50:100或40:100。
仍然参考图2和图3,电解质包括非水有机溶剂、锂盐和钠盐。有利地,非水有机溶剂用作用于传输离子的介质,并且具体地,锂离子可参与电池的电化学反应。合适的非水有机溶剂包括碳酸酯基溶剂、酯基溶剂、醚基溶剂、酮基溶剂、醇基溶剂、非质子溶剂以及其组合。碳酸酯基溶剂的示例包括但不限于碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸亚丁酯以及其组合。酯基溶剂的示例包括但不限于乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、γ-丁内酯、癸内酯、戊内酯、甲瓦龙酸内酯、己内酯以及其组合。醚基溶剂的示例包括但不限于二丁醚、四乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、二甲氧基乙烷、2-甲基四氢呋喃、四氢呋喃等,并且酮基溶剂可以包括环己酮等。醇基溶剂的示例包括但不限于甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇等。非质子溶剂的示例包括但不限于腈,诸如R-CN(其中R是可能包括双键、芳环或醚键的C2-20直链、支链或环状烃)、酰胺(诸如二甲基甲酰胺)、二氧戊环(诸如1,3-二氧戊环)、环丁砜等。有利地,可单独使用非水有机溶剂。在其他变型中,可以使用非水有机溶剂的混合物。此类混合物通常被配制成优化电池性能。在改进方案中,通过混合环状碳酸酯和线性碳酸酯来制备碳酸酯基溶剂。在变型中,电解质30还可以包括碳酸亚乙烯酯或碳酸亚乙酯基化合物以增加电池循环寿命。
参考图1、图2和图3,可以通过锂离子电池领域技术人员已知的方法来制作负极和正极。通常,将活性材料(例如,混合正极或负极活性材料)与导电材料和溶剂(例如,N-甲基吡咯烷酮)中的粘合剂混合成活性材料组合物,并将所述组合物涂覆在集电器上。电极制造方法是众所周知的,并且因此在本说明书中不再详细描述。所述溶剂包括N-甲基吡咯烷酮等,但不限于此。
参考图1、图2和图3,正极活性材料层12包括上述混合正极活性材料,所述混合正极活性材料包括粘合剂和导电材料。粘合剂可以增加正极活性材料颗粒彼此以及与正极集电器14的粘合属性。合适的粘合剂的示例包括但不限于聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、二乙酰基纤维素、聚氯乙烯、羧化聚氯乙烯、聚氟乙烯、含环氧乙烷的聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、丁苯橡胶、丙烯酸酯丁苯橡胶、环氧树脂、尼龙等,以及其组合。导电材料为正极10提供导电性。合适的导电材料的示例包括但不限于天然石墨、人造石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维、铜、金属粉末、金属纤维以及其组合。金属粉末和金属纤维的示例由镍、铝、银等构成。
参考图1、图2和图3,负极活性材料层26包括负极活性材料,包括粘合剂并且任选地包括导电材料。本文所使用的负极活性材料可能是锂离子电池领域技术人员已知的那些负极材料。负极活性材料包括但不限于碳基负极活性材料、硅基负极活性材料以及其组合。合适的碳基负极活性材料可包括石墨和石墨烯。合适的硅基负极活性材料可包括选自硅、氧化硅、在表面上涂覆有导电碳的氧化硅和在表面上涂覆有导电碳的硅(Si)中的至少一种。例如,氧化硅可由式SiOz描述,其中z为0.09至1.1。碳基负极活性材料、硅基负极活性材料的混合物也可以用于负极活性材料。
负极粘合剂增加负极活性材料颗粒彼此以及与集电器的粘合属性。所述粘合剂可以是非水粘合剂、水性粘合剂或其组合。非水粘合剂的示例可能是聚氯乙烯、羧化聚氯乙烯、聚氟乙烯、含环氧乙烷的聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺酰亚胺、聚酰亚胺或其组合。水性粘合剂可能是橡胶基粘合剂或聚合物树脂粘合剂。橡胶基粘合剂的示例包括但不限于丁苯橡胶、丙烯酸酯化丁苯橡胶、丙烯腈丁二烯橡胶、丙烯酸橡胶、丁基橡胶、氟橡胶以及其组合。聚合物树脂粘合剂的示例包括但不限于聚乙烯、聚丙烯、乙烯丙烯共聚物、聚环氧乙烷、聚乙烯吡咯烷酮、表氯醇、聚磷腈、聚丙烯腈、聚苯乙烯、乙烯丙烯二烯共聚物、聚乙烯基吡啶、氯磺化聚乙烯、胶乳、聚酯树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂、环氧树脂、聚乙烯醇以及其组合。
虽然上文描述了示例性实施例,但这些实施例并不意图描述本发明的所有可能形式。而是,说明书中使用的词语是描述性词语而不是限制性词语,并且应理解,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,可做出各种改变。另外,可将各种实施的实施例的特征进行组合,以形成本发明的另外的实施例。
根据本发明,提供了一种用于电池的混合正极材料,其具有:主要正极材料,所述主要正极材料包括量为所述主要正极材料的总重量的约30重量%至约99重量%的镍,所述主要正极材料具有允许锂离子的嵌入和脱嵌的结构;和辅助正极材料,所述辅助正极材料具有允许钠离子的嵌入和脱嵌的结构。
根据一个实施例,所述主要正极材料包括量为所述主要正极材料的所述总重量的约35重量%至约75重量%的镍。
根据一个实施例,所述主要正极材料包括选自由以下组成的组的组分:镍钴锰三元材料(NCM)、镍钴铝三元材料(NCA)、镍钴锰铝四元材料(NCMA)以及其组合。
根据一个实施例,所述辅助正极材料包括选自由以下组成的组的组分:普鲁士白、普鲁士蓝钠钴氧化物、钠锰氧化物、钠锰氧化物、磷酸铁钠、磷酸锰钠、钠铬氧化物、磷酸钴钠、磷酸镍钠以及其组合。
根据一个实施例,所述主要正极材料与所述辅助正极材料的重量比为1:1至99:1。
根据一个实施例,所述辅助正极材料与所述主要正极材料的重量比为5:1至99:1。
根据本发明,提供了一种用于电池的正极,其具有:集电器;和设置在所述集电器上方的电化学活性层,所述电化学活性层包括用于电池的混合正极材料,所述混合正极材料包括:主要正极材料,所述主要正极材料包括量为所述主要正极材料的总重量的约30重量%至约99重量%的镍,所述主要正极材料具有允许锂离子的嵌入和脱嵌的结构;和辅助正极材料,所述辅助正极材料具有允许钠离子的嵌入和脱嵌的结构。
根据一个实施例,所述主要正极材料包括选自由以下组成的组的组分:镍钴锰三元材料(NCM)、镍钴铝三元材料(NCA)、镍钴锰铝四元材料(NCMA)以及其组合。
根据一个实施例,所述辅助正极材料包括选自由以下组成的组的组分:普鲁士白、普鲁士蓝钠钴氧化物、钠锰氧化物、钠锰氧化物、磷酸铁钠、磷酸锰钠、钠铬氧化物、磷酸钴钠、磷酸镍钠以及其组合。
根据一个实施例,所述主要正极材料与所述辅助正极材料的重量比为1:1至99:1,使得所述正极为用于锂离子电池的正极。
根据一个实施例,所述辅助正极材料与所述主要正极材料的重量比为5:1至99:1,使得所述正极为用于钠离子电池的正极。
根据本发明,提供了一种可再充电电池,其具有至少一个锂离子电池单元,每个锂离子电池单元包括:正极,所述正极包括:集电器;和设置在所述集电器上方的电化学活性层,所述电化学活性层包括用于电池的混合正极材料,所述混合正极材料包括:主要正极材料,所述主要正极材料包括量为所述主要正极材料的总重量的约30重量%至约99重量%的镍,所述主要正极材料具有允许锂离子的嵌入和脱嵌的结构;和辅助正极材料,所述辅助正极材料具有允许钠离子的嵌入和脱嵌的结构;负极,所述负极包括负极活性材料;和电解质,所述电解质接触正极和负极。
根据一个实施例,所述至少一个锂离子电池单元是多个电池单元。
根据一个实施例,每个电池单元还包括插置在所述正极与所述负极之间的隔膜。
根据一个实施例,所述主要正极材料包括选自由以下组成的组的组分:镍钴锰三元材料(NCM)、镍钴铝三元材料(NCA)、镍钴锰铝四元材料(NCMA)以及其组合。
根据一个实施例,所述辅助正极材料包括选自由以下组成的组的组分:普鲁士蓝钠钴氧化物、钠锰氧化物、钠锰氧化物、磷酸铁钠、磷酸锰钠、钠铬氧化物、磷酸钴钠、磷酸镍钠以及其组合。
根据一个实施例,本发明还被配置为作为锂离子电池运行。
根据一个实施例,所述主要正极材料与所述辅助正极材料的重量比为1:1至99:1,并且电解质中锂盐与钠盐的重量比为约70:30至99:1。
根据一个实施例,本发明还被配置为作为钠离子电池运行。
根据一个实施例,所述主要正极材料与所述辅助正极材料的重量比为1:99至1:3,并且电解质中锂盐与钠盐的重量比为约1:20至1:3。

Claims (15)

1.一种用于电池的混合正极材料,所述混合正极材料包括:
主要正极材料,所述主要正极材料包括量为所述主要正极材料的总重量的约30重量%至约99重量%的镍,所述主要正极材料具有允许锂离子的嵌入和脱嵌的结构;和
辅助正极材料,所述辅助正极材料具有允许钠离子嵌入和脱嵌的结构。
2.如权利要求1所述的混合正极材料,其中所述主要正极材料包括量为所述主要正极材料的所述总重量的约35重量%至约75重量%的镍。
3.如权利要求1所述的混合正极材料,其中所述主要正极材料包括选自由以下组成的组的组分:镍钴锰三元材料(NCM)、镍钴铝三元材料(NCA)、镍钴锰铝四元材料(NCMA)以及其组合。
4.如权利要求1所述的混合正极材料,其中所述辅助正极材料包括选自由以下组成的组的组分:普鲁士白、普鲁士蓝钠钴氧化物、钠锰氧化物、钠锰氧化物、磷酸铁钠、磷酸锰钠、钠铬氧化物、磷酸钴钠、磷酸镍钠以及其组合。
5.如权利要求1所述的混合正极材料,其中所述主要正极材料与所述辅助正极材料的重量比为1:1至99:1。
6.如权利要求1所述的混合正极材料,其中所述辅助正极材料与所述主要正极材料的重量比为5:1至99:1。
7.一种用于电池的正极,其包括:
集电器;和
设置在所述集电器上方的电化学活性层,所述电化学活性层包括用于电池的混合正极材料,所述混合正极材料包括:
主要正极材料,所述主要正极材料包括量为所述主要正极材料的总重量的约30重量%至约99重量%的镍,所述主要正极材料具有允许锂离子的嵌入和脱嵌的结构;和
辅助正极材料,所述辅助正极材料具有允许钠离子嵌入和脱嵌的结构。
8.如权利要求7所述的正极,其中所述主要正极材料包括选自由以下组成的组的组分:镍钴锰三元材料(NCM)、镍钴铝三元材料(NCA)、镍钴锰铝四元材料(NCMA)以及其组合。
9.如权利要求7所述的正极,其中所述辅助正极材料包括选自由以下组成的组的组分:普鲁士白、普鲁士蓝钠钴氧化物、钠锰氧化物、钠锰氧化物、磷酸铁钠、磷酸锰钠、钠铬氧化物、磷酸钴钠、磷酸镍钠以及其组合。
10.如权利要求7所述的正极,其中所述主要正极材料与所述辅助正极材料的重量比为1:1至99:1,使得所述正极为用于锂离子电池的正极。
11.如权利要求7所述的正极,其中所述辅助正极材料与所述主要正极材料的重量比为5:1至99:1,使得所述正极为用于钠离子电池的正极。
12.一种可再充电电池,其包括至少一个锂离子电池单元,每个锂离子电池单元包括:
正极,所述正极包括:
集电器;和
设置在所述集电器上方的电化学活性层,所述电化学活性层包括用于电池的混合正极材料,所述混合正极材料包括:
主要正极材料,所述主要正极材料包括量为所述主要正极材料的总重量的约30重量%至约99重量%的镍,所述主要正极材料具有允许锂离子的嵌入和脱嵌的结构;和
辅助正极材料,所述辅助正极材料具有允许钠离子嵌入和脱嵌的结构;
负极,所述负极包括负极活性材料;和
电解质,所述电解质接触所述正极和所述负极。
13.如权利要求12所述的可再充电电池,其中所述至少一个锂离子电池单元是多个电池单元。
14.如权利要求12所述的可再充电电池,其中每个电池单元还包括插置在所述正极与所述负极之间的隔膜。
15.如权利要求12所述的可再充电电池,其中所述主要正极材料包括选自由以下组成的组的组分:镍钴锰三元材料(NCM)、镍钴铝三元材料(NCA)、镍钴锰铝四元材料(NCMA)以及其组合。
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