TWI794987B

TWI794987B - 用於電池的生產鋰鈷氧化物材料的材料和方法

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Publication number: TWI794987B
Application number: TW110135150A
Authority: TW
Inventors: 海霞鄧; 勝峰劉; 敏端劉; 劉夢琛; 良毓陳
Original assignee: 美商壹久公司
Priority date: 2020-09-18
Filing date: 2021-09-22
Publication date: 2023-03-01
Also published as: CA3198387A1; TW202322439A; EP4214160A1; CN116210100A; US20230187632A1; TW202333407A; US20220181616A1; WO2022061253A1; TW202220257A

Abstract

提供了摻雜有化學式為Lix Coy Oz（doped Me1 _aMe2 _bMe3 _c…. MeN _n）的一種或多種金屬摻雜劑的各種鋰鈷氧化物材料，以及生產各種鋰鈷氧化物材料的方法和設備。該方法包括將含鋰鹽、含鈷鹽和一種或多種含金屬摻雜劑的鹽在液體混合物中的摩爾比 M _LiSalt: M _CoSalt: M _Me1Salt: M _Me2Salt: M _Me3Salt: ... M _MeNSalt調整為等於 x : y : a : b: c : …n 的比例，在氣體存在下乾燥液體混合物的霧形成氣-固混合物，將氣-固混合物分離成一個或多個氧化物材料的固體顆粒，並在另一氣體流存在下對氧化物材料的固體顆粒進行退火，以獲得鋰鈷氧化物材料的結晶顆粒。該工藝系統具有霧產生器、乾燥室、一個或多個氣固分離器和一個或多個反應器。

Description

用於電池的生產鋰鈷氧化物材料的材料和方法

本發明關於用於電池的生產鋰鈷氧化物材料的材料和方法。相關申請的關聯引用本申請要求享有2020 年 9 月 18 日提交的、序號為63/080,023的美國臨時專利申請的優先權，和2021年9月17日提交的、序號為17/478,869的美國非臨時專利申請的優先權，其全部內容通過引用結合於本申請中。

已進行了大量努力來研發先進的電化學電池單元，以滿足在高能量密度、高動力性能、高容量、長迴圈週期、低價和卓越的安全性方面，各種消費者電子產品、電動運輸工具和電網能量儲存應用的逐漸增長的需求。因此，對更有效地利用可用能源以及空氣質量控制的需求引起了人們對開髮用於電動汽車的先進高能量密度電池的極大興趣。此外，成本效益、較長的循環壽命、穩定性、可充電性和更好的安全特性是推動電池市場的其他因素。

在電化學活性電池單元中，正極和負極浸入電解質中並通過隔板進行電子分離。隔膜通常由多孔聚合物膜材料製成，使得從電極釋放到電解質中的金屬離子可以通過隔膜的孔擴散並在電池充電和放電期間在正極和負極之間遷移。電池的類型通常是根據其正極和負極之間傳輸的金屬離子來命名的。鋰離子電池是 1990 年代初開發的二次電池，代表了新一代輕量、緊湊、高能量的電源。然而，商業化製造各種鋰電池材料的成本遠高於其他類型的二次電池。

正極活性材料是鋰離子電池中最昂貴的成分，並且在較大程度上決定了鋰電池單元的能量密度、循環壽命、製造成本和安全性。良好的正極活性材料的例子包括納米或微米尺寸的鋰過渡金屬氧化物材料和鋰離子磷酸鹽等。當鋰電池首次商業化時，鋰鈷氧化物（LiCoO2）材料被用作正極材料。而LiCoO2的理論容量約為274-275mAh/g，以4.2V為上限電壓時LiCoO2的容量約為150mAh/g。

為了進一步提高LiCoO ₂的電池性能，可以提高充電截止電壓以提取更多的Li+。然而，傳統的材料製造工藝，如固態反應（例如，混合固體前驅體然後煅燒）和濕化學工藝（例如，通過共沉澱、溶膠-凝膠或水熱反應等處理溶液中的前驅體，然後混合和煅燒）在提高 LiCoO ₂在高壓下的循環穩定性方面存在顯著挑戰。由於對LiCoO ₂材料施加了高電壓，因此難以在工業規模水平上始終如一地生產具有高穩定性和長電池壽命週期的特性的LiCoO ₂。

此外，固態擴散速率影響由這些氧化鋰材料製成的所得電池在需要高功率電池的應用中的性能。總體而言，這種固態多步驟批量製造工藝的處理時間將長達一周，因此非常耗費人力和能源。批處理還增加了引入雜質的機會，這些雜質具有較差的運行質量一致性和較低的總產量。具體而言，共沉澱不適用於製備這些含鋰過渡金屬氧化物電池材料的高純度、準確的化學計量相。

因此，需要一種改進的方法和系統來製造用於鋰離子電池 (LIB) 電池的高功率性能、高容量、長循環壽命、優異穩定性、適當結晶、結構化的鋰金屬氧化物活性材料在高壓和高溫下。

本發明實施例總體上提供了鋰離子電池材料及其鋰離子電池材料的製備方法。本發明的一個實施例提供了一種氧化物材料，例如摻雜有至少一種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物材料(Lix Coy Oz‧doped Me _a)，其中x為0.9至1.1(0.9≤x≤1.1)，y為從 0.9 到 1.1 (0.9 ≤ y ≤ 1.1)，z 從 1.8 到 2.2 (1.8 ≤ z ≤ 2.2)，並且 0 ＜ a ≤ 0.05。該材料可以從一種方法獲得，該方法包括形成包含含鋰鹽、含鈷鹽和至少一種含金屬摻雜劑的鹽的液體混合物的霧，將液體混合物的霧與氣體流以形成氣-液混合物，其中液體混合物可溶於合適的溶劑，乾燥氣-液混合物以形成氣-固混合物，將氣-固混合物分離成一種或多種固體顆粒氧化物材料；將所述氧化物材料的一種或多種固體顆粒在400℃或更高的退火溫度下進行退火，得到摻雜有至少一種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物材料的結晶顆粒(Li _xCo _yO _z‧doped Me _a)。

在一個實施例中，摻雜有至少一種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物材料（LixCoyOz‧doped Me _a) 是透過將液體混合物中的含鋰鹽, 含鈷鹽和至少一種含金屬摻雜劑的鹽的摩爾比M _LiSalt: M _CoSalt: M _MeSalt調整為大約x : y : a用於使鋰鈷氧化物材料以理想的 Li: Co: Me原子比等於 x : y : a。例如，含鋰鹽和含鈷鹽的摩爾比M _LiSalt: M _CoSalt: M _MeSalt在形成液體混合物的霧之前進行調整。作為另一示例，含鋰鹽、含鈷鹽和至少一種含金屬摻雜劑的鹽的摩爾比M _LiSalt: M _CoSalt: M _MeSalt可以在形成液體混合物的霧的同時進行調整。

本發明的另一個實施例提供了一種摻雜有一種或多種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物材料Li _xCo _yO _z‧doped Me1 _a,Me2 _b,Me3 _c,…MeN _n)，其中x為0.9至1.1(0.9≤x≤1.1 ), y 為 0.9 至 1.1 (0.9 ≤ y ≤ 1.1), z 為 1.8 至 2.2 (1.8 ≤ z ≤ 2.2), 其中 N ≥1, a, b, c, ..., n 均大於0 且不超過 0.05。摻雜一種或多種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物材料由以下工藝獲得，該工藝包括調整含鋰鹽、含鈷鹽，以及一種或多種含金屬摻雜劑鹽的摩爾比 M _LiSalt: M _CoSalt: M _Me1Salt: M _Me2Salt: M _Me3Salt: … M _MeNSalt，其可溶於合適的溶劑成液體混合物，其中所述一種或多種含金屬摻雜劑的鹽中的每一種選自第一含金屬鹽、第二含金屬鹽、第三種含金屬鹽、……第N含金屬鹽及其組合，並形成液體混合物的霧。該方法進一步包括將液體混合物的霧與氣體流混合以形成氣-液混合物，將氣-液混合物乾燥以形成氣-固混合物，將氣-固混合物分離成一種或多種固體顆粒氧化物材料；將所述氧化物材料的一種或多種固體顆粒在400℃或更高的退火溫度下退火，得到摻雜一種或多種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物材料的結晶顆粒。

本發明的另一個實施例提供了一種摻雜有至少一種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物材料(Li _xCo _yO _z‧doped Me _a)，其中x為0.9至1.1(0.9≤x≤1.1)，y為0.9至1.1 (0.9 ≤ y ≤ 1.1)，z 為 1.8 至 2.2 (1.8 ≤ z ≤ 2.2)，其中 0 ＜ a ≤ 0.05。摻雜一種或多種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物材料由以下工藝獲得，該工藝包括調整含鋰鹽、含鈷鹽和至少一種金屬摻雜劑的摩爾比M _LiSalt: M _CoSalt: M _Me _Salt到液體混合物並形成液體混合物的霧，其中液體混合物包含含鋰鹽、含鈷鹽、至少一種含金屬摻雜劑的鹽, 和合適的溶劑。該方法還包括將液體混合物的霧與氣體流混合以形成氣-液混合物，將氣-液混合物乾燥以形成一種或多種氧化物材料的固體顆粒；將所述氧化物材料的一種或多種固體顆粒在400℃或更高的退火溫度下進行退火，得到摻雜有至少一種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物材料的結晶顆粒(Li _xCo _yO _z‧doped Me _a)。

在又一個實施例中，提供了一種生產鋰鈷氧化物具有一種或多種金屬摻雜劑材料的方法，其化學式為Li _xCo _yO _z(doped Me1 _aMe2 _bMe3 _c…. MeN _n)。該方法包括形成液體混合物的霧，其中液體混合物透過調整含鋰鹽(LiSalt)、含鈷鹽(CoSalt)和至少一種金屬摻雜劑（MeSalt）的摩爾比M _LiSalt: M _CoSalt: M _MeSalt獲得。液體混合物中的比例約為x:y:a，以用於使鋰鈷氧化物材料以理想的 Li: Co: Me原子比等於 x : y : a。該方法還包括將液體混合物的霧與氣體流混合以形成氣-液混合物，乾燥氣-液混合物以形成氣-固混合物，將氣-固混合物分離成一種或多種固體顆粒氧化物材料，將所述氧化物材料的一種或多種固體顆粒在400℃或更高的退火溫度下退火以獲得摻雜有至少一種金屬摻雜劑（Me）的鋰鈷氧化物材料的結晶顆粒（Li _xCo _yO _z‧doped Me _a)，其中 x 為 0.9 至 1.1 (0.9 ≤ x ≤ 1.1)，y 為 0.9 至 1.1 (0.9 ≤ y ≤ 1.1)，z 為 1.8 至 2.2 (1.8 ≤ z ≤ 2.2)，以及 0 ＜ a ≤ 0.05。

本發明總體上涉及組合物、氧化物材料、電池材料、裝置和方法，它們以適當的摩爾比在可溶性溶液中以精確控制和獲得適當的原子階(atomic-level)比率並構成要使用的鋰離子電池的電池活性材料。這裡提供的電池材料和方法和設備產生高純度、精確的化學計量相電池正極材料，並且可以反過來用於製造具有與高電池循環性能相關的特性（包括高電容量）的鋰離子電池。

圖1A是流程圖，顯示了生產摻雜有一種或多種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物具有 Li _x Co _yO _z‧doped Me1 _aMe2 _bMe3 _c…. MeN _n 的化學式材料的方法100，該金屬摻雜劑。 MeNN 用於鋰離子電池。方法100包括步驟110或一系列步驟, 其步驟為調整含鋰鹽(LiSalt)、含鈷鹽(CoSalt)和一種或多種含金屬摻雜劑的鹽的摩爾比M _LiSalt: M _CoSalt: M _Me1Salt: M _Me2Salt: M _Me3Salt:…: M _MeNSalt可溶於合適的溶劑中，形成液體混合物。其中一種或多種含金屬摻雜劑的鹽中的每一種選自由第一含金屬鹽、第二含金屬鹽、第三含金屬鹽、…第N含金屬鹽和其組合。將含鋰鹽(LiSalt)、含鈷鹽(CoSalt)和的摩爾比M _LiSalt: M _CoSalt: M _Me1Salt: M _Me2Salt: M _Me3Salt:…: M _MeNSalt調整為大約 x : y : a : b : c : ... : n 的比率用於製造摻雜一種或多種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物 ( Li _x Co _yO _z ‧ doped Me1 _aMe2 _bMe3 _c…. MeN _n ), 以使該鋰鈷氧化物處於理想的原子 Li: Co: Me1: Me2: Me3…: MeN的比率等於x : y : a : b : c : … : n，其中 x 是從 0.9 到 1.1 (0.9 ≤ x ≤ 1.1)，y 是從 0.9 到 1.1 (0.9 ≤ y ≤ 1.1), z 為 1.8 至 2.2 (1.8 ≤ z ≤ 2.2), 其中 N ≥ 1, a 為 0 至 0.05 (0 ≤ x≤ 0.05), b 為 0 至 0.05 (0 ≤ b≤ 0.05), c 是從 0 到 0.05 (0 ≤ x≤ 0.05),…, n 是從 0 到 0.05 (0 ≤ x≤ 0.05)。

在一個實施例中，可以通過測量和製備適當量的含鋰鹽 (LiSalt)、含鈷鹽 (CoSalt )、第一種含金屬摻雜劑的鹽 (Me1Salt)、第二種含金屬摻雜劑的鹽 (Me2Salt)、第三種含金屬摻雜劑的鹽 (Me3Salt)、……和第N含金屬摻雜劑的鹽 (MeNSalt)。例如，可以調整含鋰鹽、含鈷鹽、第一含金屬鹽、第二含金屬鹽、第三含金屬鹽、……和第N含金屬鹽的摩爾比 M _LiSalt: M _CoSalt: M _Me1Salt: M _Me2Salt: M _Me3Salt:…: M _MeNSalt（例如，使用本發明的處理系統手動或數字化）並在形成液體混合物的霧之前直接製備成所需濃度的液體混合物。作為另一示例，可以與形成液體混合物的霧同時進行調整含鋰鹽、含鈷鹽、第一含金屬鹽、第二含金屬鹽、第三含金屬鹽、……和第N含金屬鹽的摩爾比 M _LiSalt: M _CoSalt: M _Me1Salt: M _Me2Salt: M _Me3Salt:…: M _MeNSalt。

方法100進一步包括形成液體混合物的步驟120，該液體混合物具有摩爾濃度為M _LiSalt的含鋰鹽、摩爾濃度為M _CoSalt的含鈷鹽和一種或多種含金屬摻雜劑的鹽（例如，摩爾濃度為 M _Me1Salt, 的第一含金屬鹽、摩爾濃度為 M _Me1Salt 的第二含金屬鹽、摩爾濃度為 M _Me1Salt 的第N含金屬鹽等）用於生產摻雜一種或多種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物材料( Li _x Co _yO _z ‧ doped Me1 _aMe2 _bMe3 _c…. MeN _n )，其中產生一種或多種含金屬摻雜劑的鹽，包括含第一金屬鹽、含第二金屬鹽、含第三金屬鹽、……、含第N金屬鹽，並且其中液體混合物達到 M _LiSalt : M _CoSalt: M _Me1Salt : M _Me2Salt : … M _MeNSalt 的摩爾比約為 x : y : a : b : ..: n。

液體混合物的霧可以包括各種反應物溶液、前驅體溶液等的液滴，以均勻的形式、尺寸、形狀等。例如，含鋰鹽、含鈷鹽、含第一金屬鹽、第二含金屬鹽、第三含金屬鹽……含第N金屬鹽的摩爾比M _LiSalt: M _CoSalt: M _Me1Salt: M _Me2Salt: M _Me3Salt:…: M _MeNSalt，可根據最終固體產品顆粒的所需組成進行電子調整。

在一個實施例中，將一種或多種金屬摻雜劑(Me1、Me2、Me3、...MeN)結合到鋰鈷氧化物材料中，其中Me1、Me2、Me3、...MeN是不同的金屬摻雜劑。例如，一種或多種金屬摻雜劑（即Me1、Me2、Me3、…..MeN）中的每一種可以選自Al、Mg、Mn、Zr、Zn、Nb、La、Ce、Sn、 Ga、Ba、Ac、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Fe、Cu、B、Ge、As、Hf、Mo、W、Re、Ru、Rh、Pt、Ag、Os、Ir、Au 及其組合。

本發明的另一個實施例是液體形式的含鋰鹽、含鈷鹽和第一含金屬鹽、第二含金屬鹽、第三含金屬鹽……第N含金屬鹽可以溶解或分散在合適的溶劑（例如水、酒精、甲醇、異丙醇、有機溶劑、無機溶劑、有機酸、硫酸（H ₂SO ₄）、檸檬酸（C ₆H ₈O7）、乙酸（CH ₃COOH）中)、丁酸(C ₄H ₈O2)、乳酸(C ₃H ₆O ₃)、硝酸(HNO ₃)、鹽酸(HCl)、乙醇、吡啶、氨水、丙酮及其組合, 形成的液體混合物的水溶液、漿液、凝膠、氣溶膠或任何其他合適的液體形式。例如，一種或多種氧化物材料的固體顆粒可以手動或電子調整並以所需的摩爾比製備並混合成液體混合物，例如通過調整、測量和製備適當量的含鋰鹽化合物，將含鈷鹽化合物和一種或多種含金屬摻雜劑的鹽與適量溶劑混合成一種溶液。取決於含鋰鹽、含鈷鹽和一種或多種含金屬鹽在所選溶劑中的溶解度，可以調整pH、溫度和機械攪拌和混合，以獲得液體混合物，其中一種或多種含金屬鹽在所需的摩爾濃度完全溶解和/或均勻分散。

在另一個實施例中，將含鋰鹽混合到液體混合物中。示例性的含鋰鹽包括但不限於硫酸鋰 (Li2SO4)、硝酸鋰 (LiNO3)、碳酸鋰 (Li2CO3)、乙酸鋰 (LiCH2COO)、氫氧化鋰 (LiOH)、甲酸鋰 (LiCHO2)、氯化鋰（ LiCl)，以及它們的組合。將含鈷鹽混合到液體混合物中。示例性的含鈷鹽包括但不限於硫酸鈷 (CoSO4)、硝酸鈷 (Co(NO3)2)、乙酸鈷 (Co(CH2COO)2)、甲酸鈷 (Co(CHO2)2)、氯化鈷（ CoCl2)，以及它們的組合。

在又一個實施例中，將第一含金屬鹽、第二含金屬鹽、第三含金屬鹽、……第N含金屬鹽混合到液體混合物中。示例性的含金屬摻雜劑的鹽包括但不限於硝酸鎂 Mg(NO3)2、乙酸鎂 (MgAc, Mg(CH3COO)2)、氯化鎂 (MgCl2)、硫酸鎂 (MgSO4)、甲酸鎂 ( C2H2MgO4)、硝酸鋁(Al(NO3)3)、醋酸鋁(AlAc、C6H9AlO6)、氯化鋁(AlCl₃)、硫酸鋁(Al2(SO4)3)、甲酸鋁(Al(HCOO)₃)、硫酸錳( MnSO4)、硝酸錳 (Mn(NO3)2)、乙酸錳 (Mn(CH2COO)2)、甲酸錳 (Mn(CHO2)2)、氯化錳 (MnCl2)、硝酸鋯 (Zr(NO3)4)、鋯醋酸鹽(C8H12O8Zr)、氯化鋯(ZrCl4)、硫酸鋯(Zr(SO4)2)、甲酸鋯(C4H4O8Zr)、硫酸鎳(NiSO4)、硝酸鎳(Ni(NO3)2)、醋酸鎳(Ni(CH2COO) 2)、甲酸鎳(Ni(CHO2)2)、氯化鎳(NiCl2)、硝酸氧鈦(TiO(NO3)2)、含鋁(Al)化合物、含鎂(Mg)化合物、鈦(Ti)-含化合物、含鈉 (Na) 化合物、含鉀 (K)化合物、含鈧(Sc)化合物、含鈮(Nb)化合物、含釹(Nd)化合物、含鑭(La)化合物、含鈰(Ce)化合物、含矽(Si)化合物、含銣（Rb）化合物、含釩（V）化合物、含銫（Cs）化合物、含鉻（Cr）化合物、含銅（Cu）化合物、含鎂（Mg）化合物、錳（含Mn)化合物、含鋯(Zr)化合物、含鋅(Zn)化合物、含錫(Sn)化合物、含鎵(Ga)化合物、含鋇(Ba)化合物、錒(Ac)含化合物、含鈣(Ca)化合物、含鐵(Fe)化合物、含硼(B)化合物、含鍺(Ge)化合物、含砷(As)化合物、含鉿(Hf)化合物、含鉬(Mo)化合物、含鎢(W)化合物、含錸(Re)化合物、含釕(Ru)化合物、含銠(Rh)化合物、含鉑(Pt)化合物、含銀(Ag)化合物、含鋨(Os)化合物、含銥(Ir)化合物、含金(Au)化合物及其組合。

不希望受理論束縛，預期所有需要的含金屬鹽首先使用含鋰鹽、含鈷鹽、含第一金屬的鹽、含第二金屬的鹽、含第三金屬的鹽、……含第N金屬的鹽作為每種金屬元素的來源並在液相中製備(例如，製成溶液、漿料或凝膠狀混合物)，使得不同的金屬可以均勻混合以所需的比例。例如，為了製備水溶液、漿液或凝膠的液體混合物，可以使用一種或多種具有高水溶性的金屬摻雜劑。例如，可以使用金屬硝酸鹽、金屬硫酸鹽、金屬氯化物、金屬乙酸鹽和金屬格式等。有機溶劑，例如醇、異丙醇等，可用於溶解和/或分散低水溶性的含金屬鹽化合物。在一些情況下，可以調整液體混合物的pH值以增加一種或多種前驅體化合物的溶解度。任選地，化學添加劑、膠凝劑和表面活性劑，例如氨、EDTA等，可以添加到液體混合物中以幫助將化合物溶解或分散在選擇的溶劑中。

在步驟130，液體混合物的霧與霧發生器內部的氣體氣體流混合以形成氣-液混合物。此外，液體混合物在乾燥室內與另一種氣體的氣體流混合。預期提供這些氣體流以徹底混合液體混合物以均勻地形成氣-液混合物並有助於將氣-液混合物運送到乾燥室內。方法100還包括步驟140，在氣體流存在下在乾燥溫度下乾燥氣-液混合物一段時間以獲得氣-固混合物。

氣體流中的氣體可以是例如空氣、氧氣、二氧化碳、氮氣、氫氣、惰性氣體、稀有氣體及其組合等。可以將氣體流泵送通過空氣過濾器以去除任何顆粒、液滴或雜質，並且可以通過閥門或其他方式調整氣體的流速。因此，本發明的一個實施例提供氣體用作進行乾燥反應、蒸發、脫水和/或其他反應的氣源。在另一個實施例中，氣體被加熱到乾燥溫度以與霧混合併從霧中去除水分。

乾燥溫度可以是例如約200°C或更高，例如200°C至300°C，或250°C。時間段約為1秒至1小時。任選地，可以使用額外的氣體流來進行乾燥反應。附加氣體可以是例如空氣、氧氣、二氧化碳、氮氣、氫氣、惰性氣體、稀有氣體及其組合等。額外的氣體流可以被泵送通過空氣過濾器以去除任何顆粒、液滴或雜質，並且額外的氣體的流速可以通過閥門或其他裝置來調整。

接下來，在步驟150，步驟150包括將氣-固混合物分離成氧化物材料和廢產物的一種或多種固體顆粒。由混合在一起的氣體和化合物組成的氣固混合物被分離成一種或多種氧化物材料和廢產物的固體顆粒。氧化物材料的一種或多種固體顆粒可包括化合物的徹底混合的固體顆粒。因此，製備電池材料的方法100的步驟150包括從由氣體和一種或多種化合物組成的氣固混合物中獲得氧化物材料的一種或多種固體顆粒。

方法100還包括步驟160，在退火溫度下將氧化物材料的一種或多種固體顆粒退火一段時間以獲得摻雜有所需尺寸、形態的一種或多種金屬摻雜劑的結晶鋰鈷氧化物材料和晶體結構，化學式為 Li _xCo _yO _z‧ doped Me1 _aMe2 _bMe3 _c…. MeN _n，其中Li:Co:Me1:Me2:Me3…:MeN的原子比等於x:y:a:b:c:…:n。退火溫度為400℃至1200℃，例如900℃以上，如1050℃。時間段約為1秒至10小時。

圖1B示出了生產用於鋰離子電池的一種或多種金屬摻雜劑摻雜的鋰鈷氧化物材料的方法200的流程圖的另一個實施例。方法200包括形成液體混合物霧的第一步驟210，該液體混合物具有含鋰鹽化合物、含鈷鹽化合物和一種或多種含金屬摻雜劑的鹽化合物，其摩爾比為M _LiSalt: M _CoSalt: M _Me1Salt: M _Me2Salt: M _Me3Salt:…: M _MeNSalt，其中一種或多種含金屬摻雜劑的鹽化合物中的每一種選自第一含金屬鹽化合物、第二含金屬鹽化合物、第三含金屬鹽化合物、…… 第N含金屬鹽化合物及其組合。摩爾比 M _LiSalt: M _CoSalt: M _Me1Salt: M _Me2Salt: M _Me3Salt:…: M _MeNSalt被調整為大約 x : y : a : b : c : … : n 的比例，以製備摻雜有一種或多種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物（ Li _x Co _yO _z‧doped Me1 _aMe2 _bMe3 _c…. MeN _n ）其理想的原子比 Li: Co: Me1: Me2: Me3…: MeN，等於 x : y : a : b : c : … : n，其中 x 來自0.9 到 1.1 (0.9 ≤ x ≤ 1.1), y 是從 0.9 到 1.1 (0.9 ≤ y ≤ 1.1), z 是從 1.8 到 2.2 (1.8 ≤ z ≤ 2.2), 其中 N ≥ 1, a 是從 0 到0.05 (0 ≤ x≤ 0.05), b 是從 0 到 0.05 (0 ≤ b≤ 0.05), c 是從 0 到 0.05 (0 ≤ x≤ 0.05),…, n 是從 0 到 0.05 (0 ≤ x ≤ 0.05)。

在一個實施例中，可以通過測量和製備適當量的含鋰鹽 (LiSalt)、含鈷鹽 (CoSalt )、第一種含金屬摻雜劑的鹽 (Me1Salt)、第二種含金屬摻雜劑的鹽 (Me2Salt)、第三種含金屬摻雜劑的鹽 (Me3Salt)、……和第N含金屬摻雜劑的鹽 (MeNSalt)。例如，可以調整含鋰鹽、含鈷鹽、第一含金屬鹽、第二含金屬鹽、第三金屬鹽和含第N金屬鹽的摩爾比 M _LiSalt: M _CoSalt: M _Me1Salt: M _Me2Salt: M _Me3Salt:…: M _MeNSalt（例如，使用本發明的處理系統手動或電子化）並在形成液體混合物的霧之前直接製備成所需濃度的液體混合物。作為另一示例，調整含鋰鹽、含鈷鹽、第一含金屬鹽、第二含金屬鹽、第二含金屬鹽、第三含金屬鹽、……和第N含金屬鹽的摩爾比 M _LiSalt: M _CoSalt: M _Me1Salt: M _Me2Salt: M _Me3Salt:…: M _MeNSalt可以與形成液體混合物的霧同時進行。

在一個實施例中，可以將液體形式的含鋰鹽化合物、含鈷鹽化合物和一種或多種含金屬摻雜劑的鹽化合物直接調整和製備成所需濃度的液體混合物。液體形式的含鋰鹽化合物、含鈷鹽化合物和一種或多種含金屬摻雜劑的鹽可以溶解或分散在合適的溶劑（例如水、醇、甲醇、異丙醇、有機溶劑、無機溶劑、有機酸、硫酸（H2SO4）、檸檬酸（C6H8O7）、乙酸（CH3COOH）、丁酸（C4H8O2）、乳酸（C3H6O3）、硝酸（HNO3）、鹽酸（HCl）、乙醇、吡啶、氨、丙酮和其組合,以形成水溶液、漿液、凝膠、氣溶膠或任何其他合適的液體形式的液體混合物。

在另一個實施例中，可以使用含鋰鹽、含鈷鹽和一種或多種含金屬摻雜劑的鹽，這取決於最終固體產物顆粒的所需組成。例如，氧化物材料的一種或多種固體顆粒可以以期望的摩爾比進行電子調整和製備並混合到液體混合物中，例如通過電子調整、測量和製備適當量的含鋰鹽、含鈷鹽和一種或多種含金屬摻雜劑的鹽並放入裝有適量溶劑的容器中。取決於含鋰鹽、含鈷鹽和一種或多種含金屬摻雜劑的鹽在所選溶劑中的溶解度，可以調整pH、溫度以及機械攪拌和混合，以獲得液體混合物，讓其中所需摩爾濃度的一種或多種含金屬摻雜劑的鹽完全溶解和/或均勻分散。

在又一個實施例中，將含鋰鹽、含鈷鹽和一種或多種含金屬摻雜劑的鹽混合到液體混合物中以獲得混合金屬氧化物材料的最終固體產物顆粒。

例如，將含鋰鹽和含鈷鹽混合到液體混合物中。示例性的含鋰鹽包括但不限於硫酸鋰 (Li2SO4)、硝酸鋰 (LiNO3)、碳酸鋰 (Li2CO3)、乙酸鋰 (LiCH2COO)、氫氧化鋰 (LiOH)、甲酸鋰 (LiCHO2)、氯化鋰（ LiCl) 及其組合。示例性的含鈷鹽包括但不限於硫酸鈷 (CoSO4)、硝酸鈷 (Co(NO3)2)、乙酸鈷 (Co(CH2COO)2)、甲酸鈷 (Co(CHO2)2)、氯化鈷(CoCl2)，以及它們的組合。

作為另一個實例，將一種或多種含金屬摻雜劑的鹽混合到液體混合物中。示例性的其他含金屬鹽包括但不限於硝酸鎂Mg(NO3)2、乙酸鎂(MgAc、Mg(CH3COO)2)、氯化鎂(MgCl2)、硫酸鎂(MgSO4)、甲酸鎂(C2H2MgO4) )、硝酸鋁 (Al(NO3)3)、醋酸鋁 (AlAc, C6H9AlO6)、氯化鋁 (AlCl₃)、硫酸鋁 (Al2(SO4)3)、甲酸鋁 (Al(HCOO)₃)、硫酸錳 (MnSO4 )、硝酸錳 (Mn(NO3)2)、醋酸錳 (Mn(CH2COO)2)、甲酸錳 (Mn(CHO2)2)、氯化錳 (MnCl2)、硝酸鋯 (Zr(NO3)4)、醋酸鋯(C8H12O8Zr)、氯化鋯(ZrCl4)、硫酸鋯(Zr(SO4)2)、甲酸鋯(C4H4O8Zr)、硫酸鎳(NiSO4)、硝酸鎳(Ni(NO3)2)、醋酸鎳(Ni(CH2COO)2 )、甲酸鎳 (Ni(CHO2)2)、氯化鎳 (NiCl2)、硝酸氧鈦 ((TiO(NO3)2))、含鋁 (Al) 化合物、含鎂 (Mg) 化合物、鈦 (Ti)含化合物、含鈉 (Na) 化合物、含鉀 (K)化合物、含鈧(Sc)化合物、含鈮(Nb)化合物、含釹(Nd)化合物、含鑭(La)化合物、含鈰(Ce)化合物、含矽(Si)化合物、含銣（Rb）化合物、含釩（V）化合物、含銫（Cs）化合物、含鉻（Cr）化合物、含銅（Cu）化合物、含鎂（Mg）化合物、錳（含Mn)化合物、含鋯(Zr)化合物、含鋅(Zn)化合物、含錫(Sn)化合物、含鎵(Ga)化合物、含鋇(Ba)化合物、錒(Ac)含化合物、含鈣(Ca)化合物、含鐵(Fe)化合物、含硼(B)化合物、含鍺(Ge)化合物、含砷(As)化合物、含鉿(Hf)化合物、含鉬(Mo)化合物、含鎢(W)化合物、含錸(Re)化合物、含釕(Ru)化合物、含銠(Rh)化合物、含鉑(Pt)化合物、含銀(Ag)化合物、含鋨(Os)化合物、含銥(Ir)化合物、含金(Au)化合物和其組合。

不希望受理論束縛，預期所有需要的金屬元素首先在液相中混合（例如，混合到溶液、漿液或凝膠中），使用含金屬的鹽作為各自的來源金屬元素，使得不同的金屬可以以所需的比例均勻混合。例如，為了製備水溶液、漿液或凝膠的液體混合物，可以使用一種或多種具有高水溶性的金屬摻雜劑。例如，可以使用金屬硝酸鹽、金屬硫酸鹽、金屬氯化物、金屬乙酸鹽和金屬格式等。有機溶劑，例如醇、異丙醇等，可用於溶解和/或分散具有低水溶性的含金屬鹽。在一些情況下，可以調整液體混合物的pH值以增加一種或多種前驅體化合物的溶解度。任選地，化學添加劑、膠凝劑和表面活性劑，例如氨、EDTA等，可以添加到液體混合物中以幫助將化合物溶解或分散在選擇的溶劑中。

另外, 在方法200的步驟220，該方法包括使氣體流流入乾燥室。可以將氣體流泵送通過空氣過濾器以去除任何顆粒、液滴或雜質，並且可以通過閥門或其他方式調整氣體的流速。在一個實施例中，氣體被加熱到乾燥溫度以與霧混合併從霧中去除水分。

液體混合物的霧可以由霧發生器產生，例如噴嘴、噴霧器、霧化器或任何其他霧發生器。大多數霧發生器採用氣壓或其他方式將液體混合物轉化為液滴。霧發生器可以連接到乾燥室的一部分以直接在乾燥室內產生液體混合物的霧(例如，大量蒐集小尺寸液滴)。例如，可以將霧化器連接到乾燥室的一部分，以將液體混合物直接噴射或噴射到乾燥室內部含有小尺寸液滴的霧中。一般而言，產生單一尺寸(mono-sized droplets)液滴霧的霧發生器是合乎需要的。或者，可以在乾燥室外部產生霧並輸送到乾燥室中。可以通過調整霧發生器內的液體輸送/注入通道的尺寸來調整所需的液滴尺寸。可以產生從幾納米到幾百微米的液滴尺寸。合適的液滴尺寸可以根據所使用的霧發生器的選擇、前驅體化合物、乾燥室的溫度、氣體的流速和乾燥室內的停留時間進行調整。例如，在乾燥室內會產生液滴大小在十分之一微米到一毫米之間的霧。然後，在方法200的步驟230，在液體混合物進入乾燥室內之前和/或之後，將液體混合物的霧與氣體流混合以形成氣-液混合物。霧由溶解和/或分散在合適的液體溶劑中的液體混合物形成。一種或多種氣體的流動和霧的流動混合在一起形成氣液混合物。氣體可以是例如空氣、氧氣、二氧化碳、氮氣、氫氣、惰性氣體、稀有氣體及其組合等。可以將氣體泵送通過空氣過濾器以去除任何顆粒、液滴或雜質，並且可以通過閥門或其他方式調整氣體的流速。

在一個示例中，液體混合物的霧在輸送到乾燥室之前與霧發生器內部的載氣體流混合。在另一示例中，液體混合物的霧與乾燥室內的乾燥氣體流混合併攜帶通過乾燥室以被乾燥。因此，本發明的一個實施例提供了在乾燥室內流動的一種或多種氣體作為氣源，用於在乾燥室內進行乾燥反應、蒸發、脫水和/或其他反應，從而使氣液混合物成為氣液混合物，並乾燥成氣固混合物。在另一個實施例中，氣體被加熱到乾燥溫度以與霧混合併從霧中去除水分。

在步驟240，在氣體存在下在乾燥溫度下乾燥氣-液混合物並形成氣-固混合物。液體混合物的霧在乾燥溫度下乾燥（例如，去除其水分、液體等）達所需的停留時間，並在乾燥室內隨氣體流形成氣固混合物。由於在充滿氣體的乾燥室內從液體混合物的霧中去除水分，因此形成了由氣體和化合物組成的氣固混合物。因此，本發明的一個實施例規定，在乾燥室內流動的氣體被用作在乾燥室內形成氣固混合物的氣源。為了說明，液體混合物在乾燥室內被乾燥並且乾燥室內的乾燥溫度通過連接到乾燥室內的加熱元件來維持，其中加熱元件可以是合適的加熱機構，例如壁加熱爐，電力加熱器、燃油加熱器等。

在另一個實施例中，在乾燥室內流動的氣體被加熱並且被加熱的氣體的熱能被用作在乾燥室內進行乾燥反應、蒸發、脫水和/或其他反應的能源。氣體可通過適當的加熱機構加熱至乾燥溫度，例如電力加熱器、燃料燃燒加熱器等。乾燥溫度約為200℃或更高，例如200℃至300℃ °C，例如 250 °C。例如，液體混合物在乾燥室內被加熱到200°C或更高的氣體的存在下乾燥，並且氣體被輸送到乾燥室內以保持乾燥室內的乾燥溫度。

在一種配置中，氣體在流入乾燥室之前被預熱至約200°C或更高的乾燥溫度。在另一種配置中，可以通過直接加熱乾燥室來對霧進行乾燥，例如加熱乾燥室的室體。例如，乾燥室可以是壁加熱爐，以將乾燥溫度保持在乾燥室的內部增壓室內。使用加熱氣體的優點是傳熱快、溫度均勻性高、易於放大等。乾燥室可以是任何室體、封閉室體的爐體，如圓頂式陶瓷乾燥室、石英室、管室等。可選地，室體由保溫材料（如陶瓷等）製成，以防止乾燥過程中的熱量散失。

氣體可以是例如空氣、氧氣、二氧化碳、氮氣、氫氣、惰性氣體、稀有氣體及其組合等。例如，加熱的空氣可以用作乾燥霧氣的非昂貴氣體源和能源。氣體的選擇可以是與液體混合物的霧充分混合併且乾燥霧而不與化合物反應的氣體。在某些情況下，取決於乾燥溫度和化合物的化學組成，液滴/霧中的化學物質在乾燥過程中可能會在一定程度上與氣體和/或彼此發生反應。此外，霧必須在乾燥室內流過, 完全混合的化合物的霧在乾燥室內的停留時間是可調整的，並且可以例如在一秒到一小時之間，這取決於氣體的流速以及路徑的長度和體積。

氣-液混合物在乾燥室內使用加熱的氣體流連續和/或以可調整的可變流速進行乾燥。同時，化合物的乾燥固體顆粒被氣體攜帶，作為完全混合的氣固混合物通過乾燥室內的通道，隨著更多的氣體流入，氣固混合物被輸送出去，並連續輸送至與乾燥室相連的氣固分離器。

不希望受理論束縛，在使用含鋰鹽、含鈷鹽和一種或多種含金屬摻雜劑的鹽製造電池材料的方法200中，預期鋰含鈷鹽、含鈷鹽和一種或多種含金屬摻雜劑的鹽製備成液體混合物，然後轉化為液滴，每個液滴將具有一種或多種液體混合物均勻分佈。然後，通過使液滴通過乾燥室來去除液體混合物中的水分，並且使用氣體流在乾燥室內攜帶霧氣一段合適的停留時間。進一步預期可以調整液體混合物中化合物的濃度和液體混合物的霧的液滴尺寸以控制電池材料的最終固體產物顆粒的化學組成、顆粒尺寸和粒徑分布。其設計目的是在將液體混合物的霧乾燥後，從兩種或多種前驅體的充分混合的液體混合物中獲得球形固體顆粒。相比之下，傳統的固態製造工藝涉及混合或研磨前驅體化合物的固體混合物，導致前驅體混合不均勻。

接下來，在步驟250，步驟250包括通過氣-固分離器將氣-固混合物分離成氧化物材料和廢產物的一種或多種固體顆粒。由混合在一起的氣體和化合物組成的氣-固混合物被分離成一種或多種氧化物材料和廢產物的固體顆粒。氧化物材料的一種或多種固體顆粒可包括化合物的徹底混合的固體顆粒。因此，製備電池材料的方法200的步驟250包括從由氣體和一種或多種化合物組成的氣固混合物中獲得一種或多種氧化物材料的固體顆粒。

在以多個階段製備電池材料的最終固體產物顆粒的方法200中，預期在乾燥階段、兩個或更多個反應階段、一個或多個冷卻階段中進行化合物的一種或多種反應等，以獲得所需尺寸、形態和晶體結構的結晶鋰鈷氧化物材料的最終固體產物顆粒，為進一步的電池應用做好準備。不希望受理論束縛，其被設計成在兩個或更多個反應階段中進行化合物的反應，以允許化合物之間有足夠的時間和接觸，促進適當晶體結構的成核和粒子形態的適當折疊，引發較低熱力學能量的部分反應途徑，確保所有化合物的徹底反應，並最終完成完全反應等。

然後使用至少一個設計用於引發反應的反應模組和一個或多個設計用於完成反應並獲得結晶鋰鈷氧化物材料的最終固體產物顆粒。也可以使用額外的反應模組。在一個實施例中，反應模組包括一個退火反應，以將一種或多種鋰鈷氧化物材料的固體顆粒反應並氧化成氧化的反應產物，其中它們的一部分發生部分反應（可能發生一些完全反應）。另一個反應模組包括將氧化的反應產物退火成結晶鋰鈷氧化物材料的最終固體產物顆粒，以確保所有反應產物的完全反應。

因此，方法200可以包括使用包括乾燥室和氣固分離器的處理模組來乾燥液體混合物的霧並獲得氧化物材料的一種或多種固體顆粒的處理階段。方法200還可包括另一處理階段使用包括退火室的反應模組使氧化物材料的一個或多個固體顆粒反應、氧化和退火。

在步驟260，步驟260包括將氧化物材料的固體顆粒輸送到退火室中以在退火溫度下在氣體流的存在下使氧化物材料的固體顆粒反應和退火以獲得摻雜一種或多種金屬摻雜劑的結晶鋰鈷氧化物材料。

一旦氧化物材料的一種或多種固體顆粒與廢產物產品分離，氧化物材料的一種或多種固體顆粒就被輸送到退火室中。氧化物材料的一種或多種固體顆粒在退火室內有氣體存在的情況下反應和氧化以形成氧化反應產物。氧化物材料的一種或多種固體顆粒在退火室內的反應可包括氧化、還原、分解、組合反應、相變、重結晶、單置換反應、雙置換反應、燃燒、異構化和它們的組合。例如，氧化物材料的一種或多種固體顆粒可以被氧化，例如將前驅體化合物氧化成氧化物材料。

示例性氣體包括但不限於空氣、氧氣、二氧化碳、氧化氣體、氮氣、惰性氣體、稀有氣體及其組合。對於退火室內的氧化反應，例如由一種或多種前驅體形成氧化物材料，可以使用氧化氣體作為用於退火的氣體。因此，本發明的一個實施例規定，退火室內的氣體流用於氧化氧化物材料的一種或多種固體顆粒。例如，氣體可以是空氣或氧氣及其組合。如果需要，氣體可以是高純度的氧氣；氧氣的純度為50%以上，例如80%以上，如95%。相應地，退火室內的氣體流被用作在退火室內進行反應、氧化和/或其他反應的能源。

在該過程的這個階段，步驟260進一步包括將氧化物材料的固體顆粒輸送到退火室中以使鋰鈷氧化物材料的固體顆粒在200℃的氣體流存在下反應和退火。退火溫度為400℃或更高的停留時間以獲得摻雜一種或多種金屬摻雜劑的結晶鋰鈷氧化物材料。例如，退火溫度可以大於900℃，例如1050℃，例如1000℃。停留時間約為1秒至10小時。

在一個實施例中，在退火室內流動的氣體被加熱並且被加熱的氣體的熱能被用作用於在退火室內進行退火反應和/或其他反應的能源。氣體可以通過合適的加熱機構，如電力加熱器、燃料燃燒加熱器等，加熱到550°C或更高的溫度。例如，將一種或多種氧化物材料的固體顆粒退火在退火室內加熱到550℃或更高的氣體存在的情況下，將氣體輸送到退火室內以保持退火室內的退火溫度。

本發明的另一實施例是氧化物材料的一種或多種固體顆粒在退火室內退火，並且退火室內的退火溫度通過耦合到退火室的加熱元件來維持，其中加熱元件可以是合適的加熱機構，如壁暖爐、電加熱器、燃油加熱器等。

在一種配置中，氣體在流入退火室之前被預熱到約550°C或更高的溫度。在另一種配置中，可以通過直接加熱退火室，例如加熱退火室的腔室體來執行對氧化物材料的一個或多個固體顆粒的退火。例如，退火室可以是壁加熱爐以在退火室的內部增壓腔室內維持退火溫度。使用加熱氣體的優點是傳熱快、溫度均勻性高、易於放大等。退火室可以是任何室體、封閉室體的爐體，例如圓頂式陶瓷退火室、石英室、管室等。可選地，退火室的室體由絕熱材料（例如、陶瓷等），以防止退火過程中的熱量損失。

氣體可以是例如空氣、氧氣、二氧化碳、氮氣、氫氣、惰性氣體、稀有氣體及其組合等。例如，加熱的空氣可以用作乾燥的非昂貴氣體源和能源。此外，退火室內的停留時間是可調整的，例如可以在一秒到一小時之間，這取決於氣體的流速，以及固體顆粒必須通過的路徑的長度和體積, 以讓固體顆粒必須在退火室內通過。

方法200可以包括在步驟270冷卻摻雜有一種或多種金屬摻雜劑的結晶鋰鈷氧化物材料並獲得所需尺寸、形態和晶體結構的結晶鋰鈷氧化物材料的最終固體產物顆粒的處理階段。例如，將摻雜有一種或多種金屬摻雜劑的結晶鋰鈷氧化物材料的最終固體產物顆粒的溫度可以緩慢冷卻至室溫，以避免干擾或破壞形成具有均勻形態和所需晶體結構的穩定能態的過程。在另一個示例中，可以非常快速地進行冷卻階段以淬滅(quench)反應產物，使得反應產物的固體顆粒的晶體結構可以在其穩定的能量狀態下形成。作為另一示例，多階段連續過程中的冷卻處理階段可包括由一個或多個冷卻機構組成的冷卻模組。示例性的冷卻機構可以是例如氣固分離器、熱交換器、氣固進料器、流化床冷卻機構及其組合等。

圖2示出了結合使用完全配備有所有所需製造工具的系統300製備用於電池電化學電池的材料的方法100的流程圖。系統300通常包括霧發生器306、乾燥室310、氣-固分離器320和反應器340。首先，製備包含兩種或更多種前驅體的液體混合物並將其輸送到系統300的霧發生器306中霧發生器306連接到乾燥室310並適於從液體混合物中產生霧。在形成霧之前或在乾燥室310內部產生霧的同時，加熱氣體流可以流入乾燥室310以填充和預熱乾燥室310的內部容積。霧與加熱氣體混合併去除其水分，從而形成氣固混合物，其包含加熱氣體、兩種或多種前驅體和/或其他氣相廢產物或副產物等。

接下來，氣-固混合物被連續地輸送到氣-固分離器320中，氣-固分離器將氣-固混合物分離成固體顆粒和廢產物。然後將固體顆粒輸送到反應器340中以與加熱的氣體流混合併形成氣-固混合物。反應器內的反應進行一段時間，直到可以得到反應產物。任選地，可以將反應產物氣-固混合物輸送到氣-固分離器(例如氣-固分離器328)中以分離並獲得最終的固體產物顆粒和氣態副產物。此外，一種或多種冷卻流體(例如，氣體或液體)流可用於冷卻反應產物的溫度。最終的固體產品顆粒可以被輸送出系統 300 以進一步分析它們的特性（例如，比容量、功率性能、電池充電循環性能等）、顆粒尺寸、形態、晶體結構等，以用作電池單元的材料。最後，最終的顆粒被裝入電池單元的組件中。

圖 3是系統300的示意圖，其是可用於實施用於製備電池電化學單元的材料的快速、簡便、連續和低成本的製備工藝的綜合工具/裝置的一個實施例。體系300與液體混合器304相連，液體混合器304反過來連接兩個或多個反應物源302A、302B。提供反應物源302A、302B以儲存多種前驅體化合物和液體溶劑。所需量的前驅體化合物（固體或液體形式）和溶劑被施用並從反應物源302A、302B運至液體混合器304，以使得前驅體化合物可以在溶劑中溶解和/或分散在溶劑中，並很好地混合入液體混合物中。若有必要，則將液體混合物加熱到30°C至90°C之間的溫度，以説明前驅體均勻地溶解、分散和/或混合。液體混合器304任選地連接於泵305，其將液體混合物從液體混合器304泵入系統300的霧生成器306，以產生霧。

霧生成器306將液體混合物轉化成具有所需液滴尺寸和尺寸分佈的霧。此外，霧生成器306與乾燥室310連接，以便乾燥霧並從霧中去除濕氣並獲得充分混合的固體前驅體顆粒。在一個實施方式中，霧生成器306位於豎直放置的乾燥室310（例如穹型乾燥室等）的頂部附近，以將霧注入乾燥室310並豎直向下地通過乾燥室。或者，霧生成器可位於豎直放置的乾燥室310（例如穹型乾燥室等）的底部附近，以將霧向上地注入乾燥室310以增加其中產生的霧的停留時間。在另一個實施方式中，將乾燥室310水平放置（例如管道乾燥室等）並將霧生成器306置於乾燥室310的一端附近以便由乾燥室310的一端通過另一端的霧的料流可以以其停留時間的時間長度來通過乾燥室310中的途徑。

乾燥室310一般包括室進口315、室體312和室出口317。在一個配置中，霧生成器306位於乾燥室310內、室進口315附近，並與適用於讓液體混合物從液體混合器304流入其中的液體管道303相連接。例如，可將液體混合器304中的液體混合物由泵305通過與室進口315相連接的液體管道303泵入乾燥室310的內體積。通過泵305將液體混合物的泵出可被配置為，例如以所需的輸送速率連續地泵出（通過計量閥或其他裝置進行調整），以在系統300中實現良好的處理生產量。在另一個配置中，霧生成器306位於乾燥室310外部，從那裡產生的霧通過室進口315被輸送至乾燥室310。

可將一個或多個氣體管道（例如氣體管道331A、331B、331C、331D等）與乾燥室310的多個部分連接，並使其適用於使氣體從氣體源332流入乾燥室310中。在乾燥室310中的霧形成的同時，儲存在氣體源332中氣體料流可被輸送入乾燥室310中，以使霧運載通過乾燥室310、將濕氣從霧中移除並形成包括前驅體的氣-固混合物。另外，可在霧形成之前將氣體的料流運送入乾燥室310中，以在乾燥室310內部產生霧以前填充並預熱乾燥室310的內體積。

在一個實施例中，氣體管道331A與乾燥室310的頂端部分相連，以將氣體運入位於室進口315附近的霧生成器306中，以在乾燥室310中與由霧生成器306生成的霧混合。在一個實施方式中，將氣體預熱至70°C至600°C之間的溫度，以與霧混合物，並從霧去除濕氣。作為另一個實施例，在其中運輸氣體的氣體管道331B與乾燥室310的室進口315相連，靠近其中具有液體混合物的液體管道303。相應的，可將氣體在乾燥室310中與液體混合物的霧充分混合。

在另一個實施方式中，氣體管道331C與乾燥室310的室體312相連以輸送其中的氣體，並將氣體與從霧生成器306產生的霧混合。此外，連接到乾燥室310接近室出口317處的氣體管道331D可用於確保在乾燥室310中形成的氣-固混合物與氣體均勻地混合。

氣體流可以被泵送通過空氣過濾器以去除任何顆粒、液滴或雜質，並且可以通過閥門或其他裝置調整氣體的流速。在一個實施例中，氣體被加熱到乾燥溫度以與霧混合併從霧中去除水分。其設計目的是在乾燥液體混合物的霧後，從完全混合的兩種或多種前驅體的液體混合物中獲得球形固體顆粒。相比之下，傳統的固態製造工藝涉及混合或研磨前驅體化合物的固體混合物，導致前驅體混合不均勻。

一旦液體混合物的霧被乾燥並與氣體形成氣-固混合物，氣-固混合物通過室出口317被輸送出乾燥室310。乾燥室310連接至系統300的氣固分離器320。氣固分離器320從腔室出口 317收集腔室產物(例如，氣體和鋰鈷氧化物材料的一種或多種固體顆粒混合在一起的氣固混合物)。

氣固分離器320包括分離器進口321A、兩個或更多個分離器出口322A、324A。分離器進口321A連接到室出口317並適於收集來自乾燥室310的氣固混合物和其他室產物。氣固分離器320將來自乾燥室310的氣固混合物分離成一種或多種鋰鈷氧化物材料和廢品的更多固體顆粒。分離器出口322A適於將一種或多種鋰鈷氧化物材料的固體顆粒輸送到反應器340以進行進一步處理和反應。分離器出口 324A 適於將廢產物從氣固分離器 320 中排出。

廢產物可以被輸送到氣體減排裝置 326A 中以進行處理並從系統 300 中釋放出來。廢產物可以包括例如水 (H2O) 蒸氣、有機溶劑蒸氣、含氮氣體、含氧氣體、O2、O3、氮氣(N ₂), NO, NO ₂, NO ₂, N ₂O, N ₄O, NO ₃, N ₂O ₃, N ₂O ₄, N ₂O ₅, N(NO ₂) ₃、含碳氣體、二氧化碳(CO2)、 CO、含氫氣體、H ₂、含氯氣體、Cl ₂、含硫氣體、SO ₂、鋰鈷氧化物材料的一種或多種固體顆粒的小顆粒，以及它們的組合。

鋰鈷氧化物材料的一種或多種固體顆粒可至少包括被乾燥並均勻地混合在一起的兩種或多種前驅體的顆粒。考慮在反應器340中將兩種或多種前驅體反應之前，將鋰鈷氧化物材料的固體顆粒從任何副產物、氣態產物或副產物中分離出來。相應的，系統300被設計為均勻地混合兩種或多種前驅體、乾燥所述兩種或多種前驅體、將乾燥的兩種或多種前驅體分離，以及將兩種或多種前驅體以連續的方式反應成成結晶鋰鈷氧化物材料的最終固體產物顆粒。

合適的氣固分離器包括旋風分離器、靜電分離器、靜電沉澱器、重力分離器、慣性分離器、膜分離器、流化床、分級器、電篩、衝擊器、顆粒收集器、浸出分離器、淘洗器、空氣分級器、浸出分級器、及其組合等。

一旦鋰鈷氧化物材料的一種或多種固體顆粒被分離和獲得，它就被輸送到反應器340中用於進一步反應。反應器340包括氣體進口333、反應器進口345和反應器出口347。反應器進口345連接到分離器出口322A並適於接收固體顆粒。任選地，容器325適於在調整輸送到反應器340中的固體顆粒的量之前儲存固體顆粒。

將反應器340的氣體進口333與加熱機構380相連接以將來自氣體源334的氣體加熱到400°C至1300°C之間的反應溫度。加熱機構380顆粒可例如為電加熱器、燃氣加熱器、燃燒器等。若需要，可以使用額外的氣體管道來將加熱的空氣或氣體運入反應器340中。預熱的氣體可以填充反應器340並保持反應器340的內部溫度，這比反應器的室體的常規加熱更好並且更加節省能源。

反應器340中流動的氣體被設計用於與鋰鈷氧化物材料的固體顆粒混合，並在反應器340中形成氧化反應產物。根據反應溫度和最初運入系統300的前驅體的類型，使用來自預熱的氣體的熱能作為能量來源以使氧化反應產物的固體顆粒在反應器340中反應1秒至10小時或更長時間之間的停留時間。所述反應包括但不限於氧化、還原、分解、化合反應、相變、重結晶、單置換反應、雙置換反應、燃燒、異構化及其組合。本發明的一個實施方式提供了通過加熱的氣體的溫度來控制反應器340的溫度。在反應器340中使用加熱的氣體作為能量來源的應用提供了快速的熱傳遞、精確的溫度控制、其中均勻的溫度分佈，和/或容易空大規模的等優點。

一旦反應器340內的反應完成，例如，在形成所需的晶體結構、顆粒形態和粒度時，氧化的反應產物通過反應器出口347和/或反應器出口348從反應器340排出。冷卻的反應產物包括結晶鋰鈷氧化物材料的最終固體產物顆粒，其包含例如適合作為電池單元材料的前驅體化合物的氧化反應產物顆粒。

任選地，系統300包括氣-固分離器，例如氣-固分離器328，其從反應器340的反應器出口347收集反應產物。氣-固分離器328可以是顆粒收集器如旋風分離器、靜電分離器、靜電除塵器、重力分離器、慣性分離器、膜分離器、流化床分級機、電篩衝擊器、浸出分離器、淘洗器、空氣分級機、浸出分級機，以及它們的組合。

系統300的氣固分離器328通常包括分離器進口321B、分離器出口322B和分離器出口324B，用於將反應產物分離成固體顆粒和氣態副產物。氣態副產物可被輸送到氣體減排裝置326B中以進行處理並釋放出系統300。由氣固分離器328分離的氣態副產物通常可包含水(H ₂O)蒸氣、有機溶劑蒸氣、氮氣含氣體、含氧氣體、O2、O3、氮氣(N ₂), NO, NO ₂, NO ₂, N ₂O, N ₄O, NO ₃, N ₂O ₃, N ₂O ₄, N ₂O ₅, N(NO ₂) ₃、含碳氣體、二氧化碳(CO ₂)、CO、含氫氣體、H ₂、含氯氣體、Cl ₂、含硫氣體、SO ₂、小顆粒固體顆粒及其組合。此外，系統300還可包括連接到反應器出口347或氣固分離器328的分離器出口322A並適於冷卻反應產物和/或固體顆粒的一個或多個冷卻流體管道353、355。冷卻流體管道353適於將冷卻流體（例如，氣體或液體）從源352輸送到氣固分離器328的分離器進口321B。冷卻流體管道355適於輸送冷卻流體，其可以通過過濾器354過濾以去除顆粒，進入熱交換器350。

熱交換器350適於通過使冷卻流體流過它們來收集和冷卻來自氣固分離器328和/或反應器340的固體顆粒和/或反應產物。冷卻流體的溫度低於從氣固分離器328和/或反應器340輸送的反應產物和固體顆粒的溫度。冷卻流體的溫度可以在4℃和30℃之間。冷卻流體可以是液態水、液態氮、空氣、惰性氣體或任何不會與反應產物反應的其他氣體。

通過一個或多個分離器、冷卻流體管道和/或熱交換器來收集並冷卻最終的反應固體顆粒產物，一旦被冷卻，將固體顆粒運出系統300並在最終產物收集器368中收集。該固體顆粒可包括氧化形式的前驅體，例如氧化物材料，其適合被裝入電池單元370中。還可安裝額外的泵來達到所需的壓力梯度。

工藝控制系統390可在多個位置與系統300連接，以通過自動控制系統300實施的生產過程，並在系統300中調節多個工藝參數（例如流速、混合物比例、溫度、停留時間等）。例如，液體混合物流入系統300的流速可在接近反應物源302A、302B、液體混合器304或泵305處調節。作為另一個實施例，通過霧生成器306產生的霧的液滴尺寸和產生速率可以調節。此外，在氣體管道331A、331B、331C、331D、333、353、355、515等中流動的多種氣體的流速和溫度可以通過工藝控制系統390來控制。另外，工藝控制系統390適用於將不同位置的多種氣-固混合物和固體顆粒的溫度、氣體壓力和停留時間控制在所需的水準。

因此，提供了一種使用具有霧發生器、乾燥室、一個或多個氣固分離器和反應器的系統來生產電池單元材料的連續方法。由一種或多種金屬前驅體化合物以所需比例的液體混合物產生的霧與空氣混合併在乾燥室內乾燥，從而形成氣固混合物。在系統中使用一種或多種氣固分離器將來自乾燥室的氣固混合物分離成填充有一種或多種金屬前驅體的固體顆粒，並將固體顆粒連續輸送到反應器中進行進一步反應以獲得最終的固體，其具有所需比例的兩種或多種插層金屬的材料顆粒。

在一個實施例中，提供了金屬氧化物材料的製備和製造。取決於輸送到系統300中的金屬前驅體化合物的細節和比例，從系統300獲得的最終固體材料顆粒可以是金屬氧化物材料、摻雜的金屬氧化物材料、無機金屬鹽等。此外，金屬氧化物材料可以呈現出層狀、尖晶石、橄欖石等形狀的金屬晶體結構。如本文所述的系統300) 作為所需的固體粉末存在。固體粉末的粒徑範圍在 10 nm 和 100 μm 之間。

在操作中，霧與氣體的氣體流在霧發生器內部混合以形成氣-液混合物，其中液體混合物包括含鋰鹽化合物, 含鈷鹽化合物和一種或多種含金屬摻雜劑的鹽類化合物。此外，液體混合物在乾燥室內與另一種氣體的氣體流混合。預期提供這些氣體流以徹底混合液體混合物以均勻地形成氣-液混合物並有助於將氣-液混合物運送到乾燥室內。液體混合物可以在反應物源內以大約x : y: a : b: …:n的比率以含鋰鹽化合物、含鈷鹽化合物和一種或多種含金屬摻雜劑的鹽化合物的期望摩爾比以電子方式或手動進行調整，並輸送到一個或多個液體混合器中。

在一個實施例中，在液體混合器內形成液體混合物的霧之前進行所述含鋰鹽化合物、所述含鈷鹽化合物和所述一種或多種含金屬摻雜劑的鹽化合物的摩爾比的調整。所需的含鋰鹽和含鈷鹽的摩爾比通過電子或手動測量並從反應物源輸送到液體混合器，從而使含鋰鹽化合物、含鈷鹽化合物和一種或多種含金屬摻雜劑的鹽化合物能夠溶解和 /或分散在溶劑中並在液體混合器內充分混合到液體混合物中。含鋰鹽化合物、含鈷鹽化合物和一種或多種含金屬鹽化合物均溶於液體混合物中的合適溶劑中。

在另一個實施方案中，同時進行調整含鋰鹽化合物、含鈷鹽化合物和一種或多種含金屬摻雜劑鹽化合物的摩爾比與形成液體混合物的霧。可從各反應物源以電子方式或手動方式調整含鋰鹽化合物、含鈷鹽化合物和一種或多種含金屬摻雜劑鹽化合物的期望摩爾比，並輸送至霧化器內，以在霧化器內部產生混合液霧。

包含含鋰鹽化合物、含鈷鹽化合物和一種或多種含金屬鹽化合物的液體混合物的液體混合物與氣體流混合以在乾燥室內形成氣-液混合物。然後，將氣液混合物在乾燥室內的乾燥溫度下乾燥，以形成氧化物材料的固體顆粒的氣固混合物。氣固混合物連續輸送到氣固分離器中，氣固分離器將氣固混合物分離成一種或多種氧化物材料和廢產物的固體顆粒。

然後將氧化物材料的一種或多種固體顆粒輸送到退火室中以與氣體流混合。氧化物材料的一種或多種固體顆粒在退火室內在退火溫度下反應和退火，以獲得具有所需尺寸、形態和晶體結構的高質量鋰鈷氧化物材料。 實施例

合適的實施例：本發明的示例性材料組合物和配方示於表1中。在A組(實施例#：A2-A8) 中，設計和製備摻雜有一種或多種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物材料，其化學式為 Li _x Co _yO _z‧doped Me1 _aMe2 _bMe3 _c…. MeN _n ，使得 x : y : a : b : c :… n 的比率等於 M _LiSalt: M _CoSalt: M _Me1Salt: M _Me2Salt: M _Me3Salt: … M _MeNSalt，其中 x 為 0.95-0.99 (0.95 ≤ x ≤ 0.99), y 為 1.0, a 為 0-0.05 (0 ≤ a ≤ 0.05), b 為 0-0.05 (0 ≤ b≤ 0.05), c 為 0-0.05 (0 ≤ c ≤ 0.05)，N≥1，其中Me1、Me2、Me3為鋰鈷氧化物材料中摻入的不同金屬摻雜劑。

例如，一種或多種金屬摻雜劑(即Me1、Me2、Me3、…..MeN)中的每一種可以選自由, Mg, Mn, Zr, Zn, Nb, La, Ce, Sn, Ga, Ba, Ac, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Fe, Cu, B, Ge, As, Hf, Mo, W, Re, Ru, Rh, Pt, Ag, Os, Ir, Au，以及它們的組合。

例如，在A組中，示例性的含鋰鹽化合物包括但不限於硫酸鋰(Li ₂SO ₄)、硝酸鋰(LiNO ₃)、碳酸鋰(Li ₂CO ₃)、乙酸鋰(LiCH ₂COO)、氫氧化鋰(LiOH) )、甲酸鋰 (LiCHO ₂)、氯化鋰 (LiCl) 及其組合。示例性的含鈷鹽化合物包括但不限於含鈷鹽，包括但不限於硫酸鈷(CoSO ₄)、硝酸鈷(Co(NO ₃) ₂)、乙酸鈷(Co(CH ₂COO) ₂)、甲酸鈷 (Co(CHO ₂) ₂)、氯化鈷 (CoCl ₂) 及其組合。

示例性的含金屬摻雜劑的鹽包括但不限於硝酸鎂 Mg(NO3)2、乙酸鎂(MgAc、Mg(CH3COO)2)、氯化鎂(MgCl2)、硫酸鎂(MgSO4)、甲酸鎂 (C2H2MgO4)、硝酸鋁 (Al(NO3)3)、醋酸鋁 (AlAc, C6H9AlO6)、氯化鋁 (AlCl₃)、硫酸鋁 (Al2(SO4)3)、甲酸鋁 (Al(HCOO)₃)、硫酸錳 (MnSO4)、硝酸錳 (Mn(NO3)2)、乙酸錳 (Mn(CH2COO)2)、甲酸錳 (Mn(CHO2)2)、氯化錳 (MnCl2)、硝酸鋯 (Zr(NO3)4 )、醋酸鋯(C8H12O8Zr)、氯化鋯(ZrCl4)、硫酸鋯(Zr(SO4)2)、甲酸鋯(C4H4O8Zr)、硫酸鎳(NiSO4)、硝酸鎳(Ni(NO3)2)、醋酸鎳(Ni (CH2COO)2)、甲酸鎳 (Ni(CHO2)2)、氯化鎳 (NiCl2)、硝酸氧鈦 (TiO(NO3)2)。 A組實驗的退火溫度和退火時間可控制在900～949℃，時間為15～20小時。表1：摻雜有一種或多種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物的材料組成

示例 #	M _LiSalt	M _CoSalt	M _Me1Salt	M _Me2Salt	M _Me3Salt	退火溫度(°C)	退火時間(小時)
A2	0.95-0.99	1.0	0-0.05	0	0	900-949	15-20
A3	0.95-0.99	1.0	0	0-0.05	0	900-949	15-20
A4	0.95-0.99	1.0	0	0	0-0.05	900-949	15-20
A5	0.95-0.99	1.0	0-0.05	0-0.05	0	900-949	15-20
A6	0.95-0.99	1.0	0-0.05	0	0-0.05	900-949	15-20
A7	0.95-0.99	1.0	0	0-0.05	0-0.05	900-949	15-20
A8	0.95-0.99	1.0	0-0.05	0-0.05	0-0.05	900-949	15-20

其他材料組成和配方顯示在表 2 中。在 B 組 (實施例#: B2-B8) 中，設計和製備摻雜有一種或多種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物材料，其化學式為 Li _x Co _yO _z‧doped Me1 _aMe2 _bMe3 _c…. MeN _n 使得 x : y : a : b : c :… n 的比率相當於 M _LiSalt: M _CoSalt: M _Me1Salt: M _Me2Salt: M _Me3Salt: … M _MeNSalt，其中 x 為 0.95-0.99 (0.95 ≤ x ≤ 0.99), y 為 1.0, a 為 0-0.05 (0 ≤ a ≤ 0.05), b 為 0-0.05 (0 ≤ b≤ 0.05), c 為 0-0.05 (0 ≤ c ≤ 0.05)，N≥1，其中Me1、Me2、Me3為鋰鈷氧化物材料中摻入的不同金屬摻雜劑。

例如，在B組中，示例性的含鋰鹽化合物包括但不限於硫酸鋰(Li ₂SO ₄)、硝酸鋰(LiNO ₃)、碳酸鋰(Li ₂CO ₃)、乙酸鋰(LiCH ₂COO)、氫氧化鋰(LiOH) )、甲酸鋰 (LiCHO ₂)、氯化鋰 (LiCl) 及其組合。示例性的含鈷鹽化合物包括但不限於含鈷鹽，包括但不限於硫酸鈷(CoSO ₄)、硝酸鈷(Co(NO ₃) ₂)、乙酸鈷(Co(CH ₂COO) ₂)、甲酸鈷 (Co(CHO ₂) ₂)、氯化鈷 (CoCl ₂) 及其組合。

示例性的含金屬摻雜劑的鹽包括但不限於硝酸鎂 Mg(NO3)2、乙酸鎂(MgAc、Mg(CH3COO)2)、氯化鎂(MgCl2)、硫酸鎂(MgSO4)、甲酸鎂 (C2H2MgO4)、硝酸鋁 (Al(NO3)3)、醋酸鋁 (AlAc, C6H9AlO6)、氯化鋁 (AlCl₃)、硫酸鋁 (Al2(SO4)3)、甲酸鋁 (Al(HCOO)₃)、硫酸錳 (MnSO4)、硝酸錳 (Mn(NO3)2)、乙酸錳 (Mn(CH2COO)2)、甲酸錳 (Mn(CHO2)2)、氯化錳 (MnCl2)、硝酸鋯 (Zr(NO3)4 )、醋酸鋯(C8H12O8Zr)、氯化鋯(ZrCl4)、硫酸鋯(Zr(SO4)2)、甲酸鋯(C4H4O8Zr)、硫酸鎳(NiSO4)、硝酸鎳(Ni(NO3)2)、醋酸鎳(Ni (CH2COO)2)、甲酸鎳 (Ni(CHO2)2)、氯化鎳 (NiCl2)、硝酸氧鈦 (TiO(NO3)2)。 B組實驗中的退火溫度和退火時間可以控制在950～999℃，時間為15～20小時。表2：摻雜有一種或多種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物的材料組成

示例 #	M _LiSalt	M _CoSalt	M _Me1Salt	M _Me2Salt	M _Me3Salt	退火溫度(°C)	退火時間(小時)
B2	0.95-0.99	1.0	0-0.05	0	0	950-999	15-20
B3	0.95-0.99	1.0	0	0-0.05	0	950-999	15-20
B4	0.95-0.99	1.0	0	0	0-0.05	950-999	15-20
B5	0.95-0.99	1.0	0-0.05	0-0.05	0	950-999	15-20
B6	0.95-0.99	1.0	0-0.05	0	0-0.05	950-999	15-20
B7	0.95-0.99	1.0	0	0-0.05	0-0.05	950-999	15-20
B8	0.95-0.99	1.0	0-0.05	0-0.05	0-0.05	950-999	15-20

其他材料組成和配方顯示在表 3 中。在 C 組 (實施例#: C2-C8) 中，設計和製備摻雜有一種或多種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物材料，其化學式為 Li _x Co _yO _z‧doped Me1 _aMe2 _bMe3 _c…. MeN _n 使得 x : y : a : b : c :… n 的比率相當於 M _LiSalt: M _CoSalt: M _Me1Salt: M _Me2Salt: M _Me3Salt: … M _MeNSalt，其中 x 為 1.0, y 為 1.0, a 為 0-0.05 (0 ≤ a ≤ 0.05), b 為 0-0.05 (0 ≤ b≤ 0.05), c 為 0-0.05 (0 ≤ c ≤ 0.05)，N≥1，其中Me1、Me2、Me3為鋰鈷氧化物材料中摻入的不同金屬摻雜劑。

例如，在C組中，示例性的含鋰鹽化合物包括但不限於硫酸鋰(Li ₂SO ₄)、硝酸鋰(LiNO ₃)、碳酸鋰(Li ₂CO ₃)、乙酸鋰(LiCH ₂COO)、氫氧化鋰(LiOH) )、甲酸鋰 (LiCHO ₂)、氯化鋰 (LiCl) 及其組合。示例性的含鈷鹽化合物包括但不限於含鈷鹽，包括但不限於硫酸鈷(CoSO ₄)、硝酸鈷(Co(NO ₃) ₂)、乙酸鈷(Co(CH ₂COO) ₂)、甲酸鈷 (Co(CHO ₂) ₂)、氯化鈷 (CoCl ₂) 及其組合。

示例性的含金屬摻雜劑的鹽包括但不限於硝酸鎂 Mg(NO3)2、乙酸鎂(MgAc、Mg(CH 3 COO) 2 )、氯化鎂(MgCl 2 )、硫酸鎂(MgSO 4 )、甲酸鎂 (C2H2MgO4)、硝酸鋁 (Al(NO3)3)、醋酸鋁 (AlAc, C6H9AlO6)、氯化鋁 (AlCl₃)、硫酸鋁 (Al2(SO4)3)、甲酸鋁 (Al(HCOO)₃)、硫酸錳 (MnSO4)、硝酸錳 (Mn(NO3)2)、乙酸錳 (Mn(CH2COO)2)、甲酸錳 (Mn(CHO2)2)、氯化錳 (MnCl2)、硝酸鋯 (Zr(NO3)4 )、醋酸鋯(C8H12O8Zr)、氯化鋯(ZrCl4)、硫酸鋯(Zr(SO4)2)、甲酸鋯(C4H4O8Zr)、硫酸鎳(NiSO4)、硝酸鎳(Ni(NO3)2)、醋酸鎳(Ni (CH2COO)2)、甲酸鎳 (Ni(CHO2)2)、氯化鎳 (NiCl2)、硝酸氧鈦 (TiO(NO3)2)。 C組實驗中的退火溫度和退火時間可控制在900～999℃，時間為15～20小時。表3：摻雜有一種或多種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物的材料組成

示例 #	M _LiSalt	M _CoSalt	M _Me1Salt	M _Me2Salt	M _Me3Salt	退火溫度(°C)	退火時間 (小時)
C2	1.0-1.05	1.0	0-0.05	0	0	900-999	15-20
C3	1.0-1.05	1.0	0	0-0.05	0	900-999	15-20
C4	1.0-1.05	1.0	0	0	0-0.05	900-999	15-20
C5	1.0-1.05	1.0	0-0.05	0-0.05	0	900-999	15-20
C6	1.0-1.05	1.0	0-0.05	0	0-0.05	900-999	15-20
C7	1.0-1.05	1.0	0	0-0.05	0-0.05	900-999	15-20
C8	1.0-1.05	1.0	0-0.05	0-0.05	0-0.05	900-999	15-20

其他材料組成和配方顯示在表 4 中。在 D 組 (實施例#: D2-D8) 中，設計和製備摻雜有一種或多種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物材料，其化學式為 Li _x Co _yO _z‧doped Me1 _aMe2 _bMe3 _c…. MeN _n 使得 x : y : a : b : c :… n 的比率相當於 M _LiSalt: M _CoSalt: M _Me1Salt: M _Me2Salt: M _Me3Salt: … M _MeNSalt，x 為 1.0，y 為 1.0，a 為0-0.05（0≤a≤0.05），b為0-0.05（0≤b≤0.05），c為0-0.05（0≤c≤0.05），N≥1，其中Me1、Me2、Me3為鋰鈷氧化物材料中摻入的不同金屬摻雜劑。

例如，在D組中，示例性的含鋰鹽化合物包括但不限於硫酸鋰(Li ₂SO ₄)、硝酸鋰(LiNO ₃)、碳酸鋰(Li ₂CO ₃)、乙酸鋰(LiCH ₂COO)、氫氧化鋰(LiOH) )、甲酸鋰 (LiCHO ₂)、氯化鋰 (LiCl) 及其組合。示例性的含鈷鹽化合物包括但不限於含鈷鹽，包括但不限於硫酸鈷(CoSO ₄)、硝酸鈷(Co(NO ₃) ₂)、乙酸鈷(Co(CH ₂COO) ₂)、甲酸鈷 (Co(CHO ₂) ₂)、氯化鈷 (CoCl ₂) 及其組合。

示例性的含金屬摻雜劑的鹽包括但不限於硝酸鎂 Mg(NO3)2、乙酸鎂(MgAc、Mg(CH3COO)2)、氯化鎂(MgCl2)、硫酸鎂(MgSO4)、甲酸鎂 (C2H2MgO4)、硝酸鋁 (Al(NO3)3)、醋酸鋁 (AlAc, C6H9AlO6)、氯化鋁 (AlCl₃)、硫酸鋁 (Al2(SO4)3)、甲酸鋁 (Al(HCOO)₃)、硫酸錳 (MnSO4)、硝酸錳 (Mn(NO3)2)、乙酸錳 (Mn(CH2COO)2)、甲酸錳 (Mn(CHO2)2)、氯化錳 (MnCl2)、硝酸鋯 (Zr(NO3)4 )、醋酸鋯(C8H12O8Zr)、氯化鋯(ZrCl4)、硫酸鋯(Zr(SO4)2)、甲酸鋯(C4H4O8Zr)、硫酸鎳(NiSO4)、硝酸鎳(Ni(NO3)2)、醋酸鎳(Ni (CH2COO)2)、甲酸鎳 (Ni(CHO2)2)、氯化鎳 (NiCl2)、硝酸氧鈦 (TiO(NO3)2)。 A組實驗的退火溫度和退火時間可以控制在1000～1049℃，時間為15～20小時。表4：摻雜有一種或多種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物的材料組成

示例 #	M _LiSalt	M _CoSalt	M _Me1Salt	M _Me2Salt	M _Me3Salt	退火溫度(°C)	退火時間(小時)
D2	1.0-1.05	1.0	0-0.05	0	0	1000-1049	15-20
D3	1.0-1.05	1.0	0	0-0.05	0	1000-1049	15-20
D4	1.0-1.05	1.0	0	0	0-0.05	1000-1049	15-20
D5	1.0-1.05	1.0	0-0.05	0-0.05	0	1000-1049	15-20
D6	1.0-1.05	1.0	0-0.05	0	0-0.05	1000-1049	15-20
D7	1.0-1.05	1.0	0	0-0.05	0-0.05	1000-1049	15-20
D8	1.0-1.05	1.0	0-0.05	0-0.05	0-0.05	1000-1049	15-20

其他材料組成和配方顯示在表 5 中。在 E 組 (實施例#: E2-E8) 中，設計和製備摻雜有一種或多種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物材料，其化學式為 Li _x Co _yO _z ‧ doped Me1 _aMe2 _bMe3 _c…. MeN _n 使得 x : y : a : b : c :… n 的比率相當於 M _LiSalt: M _CoSalt: M _Me1Salt: M _Me2Salt: M _Me3Salt: … M _MeNSalt，其中 x 為 1.0，y 為 1.0，a 為0-0.05（0≤a≤0.05），b為0-0.05（0≤b≤0.05），c為0-0.05（0≤c≤0.05），N≥1，其中Me1、Me2、Me3為鋰鈷氧化物材料中摻入的不同金屬摻雜劑。

例如，在Ｅ組中，示例性的含鋰鹽化合物包括但不限於硫酸鋰(Li ₂SO ₄)、硝酸鋰(LiNO ₃)、碳酸鋰(Li ₂CO ₃)、乙酸鋰(LiCH ₂COO)、氫氧化鋰(LiOH) )、甲酸鋰 (LiCHO ₂)、氯化鋰 (LiCl) 及其組合。示例性的含鈷鹽化合物包括但不限於含鈷鹽，包括但不限於硫酸鈷(CoSO ₄)、硝酸鈷(Co(NO ₃) ₂)、乙酸鈷(Co(CH ₂COO) ₂)、甲酸鈷 (Co(CHO ₂) ₂)、氯化鈷 (CoCl ₂) 及其組合。

示例性的含金屬摻雜劑的鹽包括但不限於硝酸鎂 Mg(NO3)2、乙酸鎂(MgAc、Mg(CH3COO)2)、氯化鎂(MgCl2)、硫酸鎂(MgSO4)、甲酸鎂 (C2H2MgO4)、硝酸鋁 (Al(NO3)3)、醋酸鋁 (AlAc, C6H9AlO6)、氯化鋁 (AlCl₃)、硫酸鋁 (Al2(SO4)3)、甲酸鋁 (Al(HCOO)₃)、硫酸錳 (MnSO4)、硝酸錳 (Mn(NO3)2)、乙酸錳 (Mn(CH2COO)2)、甲酸錳 (Mn(CHO2)2)、氯化錳 (MnCl2)、硝酸鋯 (Zr(NO3)4 )、醋酸鋯(C8H12O8Zr)、氯化鋯(ZrCl4)、硫酸鋯(Zr(SO4)2)、甲酸鋯(C4H4O8Zr)、硫酸鎳(NiSO4)、硝酸鎳(Ni(NO3)2)、醋酸鎳(Ni (CH2COO)2)、甲酸鎳 (Ni(CHO2)2)、氯化鎳 (NiCl2)、硝酸氧鈦 (TiO(NO3)2)。 E組實驗中的退火溫度和退火時間可以控制在1050～1200℃，時間為15～20小時。表5：摻雜有一種或多種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物的材料組成

示例 #	M _LiSalt	M _CoSalt	M _Me1Salt	M _Me2Salt	M _Me3Salt	退火溫度(°C)	退火時間 ( 小時)
E2	1.0-1.05	1.0	0-0.05	0	0	1050-1200	15-20
E3	1.0-1.05	1.0	0	0-0.05	0	1050-1200	15-20
E4	1.0-1.05	1.0	0	0	0-0.05	1050-1200	15-20
E5	1.0-1.05	1.0	0-0.05	0-0.05	0	1050-1200	15-20
E6	1.0-1.05	1.0	0-0.05	0	0-0.05	1050-1200	15-20
E7	1.0-1.05	1.0	0	0-0.05	0-0.05	1050-1200	15-20
E8	1.0-1.05	1.0	0-0.05	0-0.05	0-0.05	1050-1200	15-20

製備：在以下步驟中製備摻雜有一種或多種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物材料：(a)混合1M溶液，形成具有摩爾濃度為M _LiSalt的含鋰鹽、摩爾濃度為 M _CoSalt含鈷鹽、摩爾濃度為 M _Me1Salt的第一金屬鹽、摩爾濃度為 M _Me2Salt的第二金屬鹽和摩爾濃度為 M _Me3Salt的第三金屬鹽，其中液體混合物達到 M _LiSalt: M _CoSalt: M _Me1Salt: M _Me2Salt: M _Me3Salt的摩爾比; (b)在乾燥室的霧發生器內產生液體混合物的霧。液體混合物的霧在霧發生器內部與氣體的氣體流混合以形成氣液混合物。此外，液體混合物在乾燥室內與另一種氣體的氣體流混合； (c)將液體混合物的霧與氣體流混合，在乾燥室內形成氣液混合物； (d)將氣液混合物在乾燥溫度下乾燥一段時間，在乾燥室內形成氣固混合物； (e) 將氣固混合物分離成一種或多種氧化物材料和廢產物的固體顆粒； (f)將鋰鈷氧化物材料的固體顆粒送入退火室，使鋰鈷氧化物材料的固體顆粒在氣體流存在下，在退火溫度下進行反應和退火，得到結晶的鋰鈷氧化物材料摻雜一種或多種金屬摻雜劑，將摻雜一種或多種金屬摻雜劑的結晶鋰鈷氧化物材料在退火室內退火一段時間，得到結晶鋰鈷氧化物材料； (g)冷卻摻雜一種或多種金屬摻雜劑的結晶鋰鈷氧化物材料，得到所需尺寸、形態和晶體結構的摻雜一種或多種金屬摻雜劑的結晶鋰鈷氧化物材料的最終固體產物顆粒。

在一些實施例中，正在測試的本發明的組合物和成分如下表6所示。根據示例#12和示例#16製備的本發明的組合物具有化學式Li _xCo _yO _z‧doped Zr _c，其中x:y:c的比例相當於M _LiSalt: M _CoSalt: M _ZrSalt，其中x為0.9-1.1(0.9≤x≤1.1)，x為0.97，y為1.0，c為0.0017。

在示例12和示例16中，示例性的含鋰鹽化合物包括但不限於硝酸鋰(LiNO3)，示例性的含鈷鹽化合物包括但不限於硝酸鈷(Co(NO3)2) 及其組合，示例性的含鋯鹽化合物包括但不限於硝酸鋯(Zr(NO3)4)及其組合。將示例12和示例16中的退火溫度和退火時間加熱到950℃並保持17小時。用於本發明的化學成分列表顯示在表6中。表 6：測量摻鋯(zirconium) 的鋰鈷氧化物(LCO)的材料組成

示例 #	M _LiSalt	M _CoSalt	M _Me1Salt (Mg(NO ₃) ₂)	M _Me2Salt (Al(NO ₃) ₃)	M _ZrSalt (Zr(NO ₃) ₄)	退火溫度(°C)	退火時間(小時)
12	0.97	1.0	0	0	0.0017	950	17
16	1.0	1.0	0	0	0.0017	950	17

表7說明了測量示例性摻雜有鋯的LCO材料的組成的測試結果(示例#12)。一個觀察結果是，從所製備的M _LiSalt: M _CoSalt: M _ZrSalt的製備摩爾比，測得的Li:Co:Zr的LCO ‧doped Zr材料組成比的測試結果在預期範圍內。表 7：測量摻鋯(zirconium) 的鋰鈷氧化物(LCO)的材料組成

Example 示例 #	Li	Ni	Co	Al	Mg	Zr
12	1.0312	0.0022	0.9963	0.0013	0.0001	0.0019

表8說明了根據示例#16製備的由摻雜有鋯的鋰鈷氧化物材料在4.45電壓和4.5電壓的不同截止電壓下製造的電池單元的電容量和庫侖效率(CE)的測試結果。可以發現，截止電壓影響摻雜有鋯的示例性鋰鈷氧化物材料的初始充電和放電容量(initial charge and discharge capacity)以及CE。進一步觀察可以發現，在較低的截止電壓下，摻雜鋯的示例性鋰鈷氧化物材料表現出稍高的庫侖效率（CE），如表8所示。更具體地說，在4.45 V的上限截止電壓下，庫侖效率(CE) 為 96.3%，而庫侖效率 (CE) 在上限截止電壓 4.5 V 下則為 92.9%。表 8：測量摻雜鋯(Zr) 的鋰鈷氧化物(LCO)材料製成的鋰離子電池的電性能測量值

示例 #16
上限截止電壓(Upper cut off voltage), V	初始充電容量 (1st charge capacity), mAh/g	初始放電容量 (1st discharge capacity), mAh/g	庫侖效率 (1st CE), %
4.45	187.297	180.337	96.3
4.5	195.108	181.306	92.9

在其他實施例中，正在測試的本發明的組合物和製劑如下表8所示。根據示例#22-#26製備的本發明的組合物具有 Li _x Co _yO _z ‧ doped Mg _a, Al _b,Zr _c ，其中x:y:a:b:c的比例相當於M _LiSalt: M _CoSalt: M _MgSalt: M _AlSalt: M _ZrSalt，其中x為1.0，y為1.0，a為0- 0.05 (0 ≤ a ≤ 0.05)，b 為 0-0.05 (0 ≤ b≤ 0.05)，c 為 0-0.05 (0 ≤ c ≤ 0.05)。

在示例#22-#26中，示例性含鋰鹽化合物包括但不限於硝酸鋰(LiNO3)及其組合，示例性含鈷鹽化合物包括但不限於硝酸鈷(Co( NO3)2)及其組合，示例性第一含金屬鹽Me1包括但不限於硝酸鎂(Mg(NO3)2)及其組合，示例性第二含金屬鹽Me2化合物包括但不限於，硝酸鋁(Al(NO3)3)及其組合，示例性的第三含金屬鹽Me3化合物包括但不限於硝酸鋯(Zr(NO3)4)及其組合。將示例#22-#26中的退火溫度和退火時間加熱到1020℃，保持17小時。用於本發明的化學成分列表顯示在表9中。表 9: 測量摻雜有一種或多種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物(LCO)材料的組成

示例#	M _LiSalt	M _CoSalt	M _Me1Salt (Mg(NO ₃) ₂)	M _Me2Salt (Al(NO ₃) ₃)	M _Me3Salt (Zr(NO ₃) ₄)	退火溫度(°C)	退火時間(小時)
22	1.0	1.0	0.0017	0	0	1020	17
23	1.0	1.0	0.0045	0	0	1020	17
24	1.0	1.0	0	0.0045	0	1020	17
25	1.0	1.0	0.0010	0.0035	0	1020	17
26	1.0	1.0	0	0	0.0017	1020	17

表 10 說明了測量摻雜有一種或多種金屬摻雜劑組合物的示例性鋰鈷氧化物材料的測試結果（示例#22-#26）。一個觀察結果是，從所製備的 M _LiSalt: M _CoSalt: M _MgSalt: M _AlSalt: M _ZrSalt的製備摩爾比來看，測得的 Li: Co: Mg : Al : Zr的鋰鈷氧化物材料組成比的測試結果在預期範圍內。表 10: 測量摻雜有一種或多種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物材料的組成

示例 #	Li	Ni	Co	Al	Mg	Zr
22	1.0040	0.0014	0.998	0.0003	0.0021	0.0002
23	1.0099	0	0.999	0.0007	0.0053	0
24	1.0131	0	0.9954	0.0044	0.0001	0
25	1.0165	0	0.9954	0.0044	0.0017	0
26	1.0140	0	0.9995	0.0003	0.0001	0.0009

在摻雜有一種或多種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物(示例#22-26)的退火工藝之後，表11說明了摻雜有一種或多種金屬摻雜劑的結晶鋰鈷氧化物材料的振實密度(TD)和雜質的測試結果。為了獲得具有高放電容量、優異循環性能和高體積能量密度的理想鋰鈷氧化物材料，在製備過程中必須精確控製材料的顆粒型態和振實密度。發現所得前驅體的振實密度約為 2.38 (g/cc)，這可歸因於顆粒分佈均勻（homogeneous distributions of particles），具有良好的堆積性能。表 11：用一種或多種金屬摻雜劑摻雜的鋰鈷氧化物材料的振實密度 (TD) 和雜質的測量

示例 #	TD (g/cc)	Li ₂CO ₃	LiOH
22	2.17	0.024	0
23	2.38	0.036	0.005
24	2.27	0.035	0.005
25	2.18	0.027	0
26	2.10	0.031	0

表12說明了根據示例#22製備的由摻雜有鎂的鋰鈷氧化物材料製成的電池單元在從4.45電壓到4.6電壓的不同上限截止電壓下測試的電容量和庫侖效率(CE)的測試結果。可以發現，由摻雜鎂的示例性鋰鈷氧化物材料製成的電池樣品在不同的截止電壓下總體表現出高庫侖效率（CE）。例如，在上限截止電壓 4.45 V 下，放電容量和庫侖效率 (CE) 分別約為 181.404 mAh/g 和 98%。在另一個例子中，在 4.5 V 的上限截止電壓下，放電容量和庫倫效率 (CE) 分別約為 194.346 mAh/g 和 99.4%。在又一示例中，在4.6V的上限截止電壓下，放電容量和庫侖效率(CE)分別約為226.019mAh/g和97％。

參考表 8，進一步觀察可以發現，由摻雜有鎂的鋰鈷氧化物材料 ( Li _1.0Co _1.0O ₂ ‧ doped Mg _0.0017 ) 製成的電池組電池樣品表現出比由摻雜鋯的鋰鈷氧化物材料製成（ Li _1.0Co _1.0O ₂ ‧ doped Zr _0.0017 ）稍高的庫侖效率（CE ）。更具體地說，由摻雜鋯材料的鋰鈷氧化物製成的電池單元的CE 測量範圍為 92.9% 至 96.3%，而由摻雜鎂材料的鋰鈷氧化物製成的電池單元的CE 測量範圍為 96.9% 至 99.4 %。表 12：摻雜鎂(Mg) 的鋰鈷氧化物材料製成的鋰離子電池的電性能測量值

示例# 22
上限截止電壓(Upper cut off voltage), V	初始充電容量 (1st charge capacity), mAh/g	初始放電容量 (1st discharge capacity), mAh/g	庫侖效率 (1st CE), %
4.45	185.104	181.404	98
4.45	185.557	181.493	97.8
4.5	195.423	194.346	99.4
4.5	193.576	191.201	98.8
4.6	233.032	226.019	97
4.6	233.108	225.913	96.9

表13說明了根據示例#23製備的由摻雜有鎂的鋰鈷氧化物材料製成的電池在從4.3電壓到4.6電壓的不同上限截止電壓下測試的電容量和庫侖效率(CE)的測試結果。可以發現，由摻雜鎂的示例性鋰鈷氧化物材料製成的電池樣品在不同的截止電壓下總體表現出高庫侖效率（CE）。例如，在上限截止電壓 4.3 V 下，放電容量和庫倫效率 (CE) 分別約為 160.434 mAh/g 和 97.7%。在另一個例子中，在上限截止電壓4.45 V下，放電容量和庫侖效率（CE）分別約為183.173 mAh/g和97.6%。在又一示例中，在4.5V的上限截止電壓下，放電容量和庫侖效率(CE)分別為193.217mAh/g和97.3％左右。在又一個例子中，在4.6 V的上限截止電壓下，放電容量和庫侖效率(CE)分別約為228.309 mAh/g和96.6%。

參考表 12，進一步觀察可以發現，由摻雜不同百分比的鎂的鋰鈷氧化物材料製成的電池組電池樣品表現出相似的庫倫效率 (CE)。更具體地說，由摻雜 0.0017 鎂材料（ Li _1.0Co _1.0O ₂ ‧ doped Mg _0.0017 ）的示例性 LCO 製成的電池在 4.45 範圍內的不同上限截止電壓下測量的 CE 範圍為 96.9% 至 99.4% V 至 4.6 V，而由示例性摻雜 0.0045鎂的鋰鈷氧化物材料（ Li _1.0Co _1.0O ₂ ‧ doped Mg _0.0045 ）的製成的電池單元的CE 測量範圍為 95.7% 至 97.7%，不同的上限截止電壓範圍為 4.3V 至 4.6V。表 13：摻雜鎂(Mg) 鋰鈷氧化物的材料製成的鋰離子電池的電性能測量值

示例# 23
上限截止電壓(Upper cut off voltage), V	初始充電容量 (1st charge capacity), mAh/g	初始放電容量 (1st discharge capacity), mAh/g	庫侖效率 (1st CE), %
4.3	164.16	160.434	97.7
4.3	166.873	159.676	95.7
4.45	187.556	182.718	97.4
4.45	187.757	183.173	97.6
4.5	198.574	193.217	97.3
4.6	236.302	228.309	96.6

表14說明了根據示例#24製備的由摻雜鋁的鋰鈷氧化物材料製成的電池在從4.4電壓到4.6電壓的不同上限截止電壓下測試的電容量和庫侖效率(CE)的測試結果。可以發現，由摻雜鋁的示例性鋰鈷氧化物材料製成的電池樣品的截止電壓總體上具有高庫侖效率(CE)。例如，在上限截止電壓 4.4 V 下，放電容量和庫侖效率 (CE) 分別約為 173.592 mAh/g 和 97%。在另一個例子中，放電容量和上限截止電壓4.45V下，庫侖效率（CE）分別為181.861 mAh/g和97.3%左右。在又一示例中，在4.5V的上限截止電壓下，放電容量和庫侖效率(CE)分別約為191.712mAh/g和97％。在又一示例中，在4.6 V的上限截止電壓下，放電容量和庫侖效率(CE)約為225.187 mAh/g和96.4%。

參考表 13，進一步觀察可以發現，由摻雜有鎂的鋰鈷氧化物材料 ( Li _1.0Co _1.0O ₂ ‧ doped Mg _0.0045 ) 製成的電池組電池樣品與摻雜鋁的鋰鈷氧化物材料（ Li _1.0Co _1.0O ₂ ‧ doped Al _0.0045 ）表現出相似的庫侖效率 (CE)。更具體地說，由示例性的摻雜鎂材料的鋰鈷氧化物製成的電池單元的CE測量範圍為 95.7% 至 97.7%，而由示例性的摻雜鋁材料的鋰鈷氧化物製成的電池單元的CE測量範圍為 96.4% 至 97.3 %。表 14：摻雜鋁鋰鈷氧化物的材料製成的鋰離子電池的測量電性能

示例 # 24
上限截止電壓(Upper cut off voltage), V	初始充電容量 (1st charge capacity), mAh/g	初始放電容量 (1st discharge capacity), mAh/g	庫侖效率 (1st CE), %
4.4	178.991	173.592	97
4.45	186.964	181.861	97.3
4.45	186.955	181.729	97.2
4.5	197.624	191.712	97
4.6	233.659	225.187	96.4

表15說明了根據示例#25製備的由摻雜鋁的鋰鈷氧化物材料製成的電池單元在從4.45電壓到4.6電壓的不同上限截止電壓下測試的電容量和庫侖效率(CE)的測試結果。可以發現，由摻雜鎂和鋁的示例性鋰鈷氧化物材料製成的電池樣品的截止電壓總體上具有高庫侖效率(CE)。例如，在上限截止電壓 4.45 V 下，放電容量和庫倫效率 (CE) 分別約為 180.661 mAh/g 和 93.2%。在另一個例子中，在4.5V的上限截止電壓下，放電容量和庫侖效率(CE)分別約為190.324 mAh/g和96.5%。在又一示例中，在4.6V的上限截止電壓下，放電容量和庫侖效率(CE)分別約為224.68mAh/g和95.8％。

參考表 11、表 12、表 13 和表 14，進一步觀察可以發現，由具有一種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物材料製成的電池組電池樣品平均表現出比鋰鈷氧化物更高的庫倫效率 (CE) 具有兩種金屬摻雜劑的氧化物材料（ Li _1.0Co _1.0O ₂ ‧ doped Mg _0.0010Al _0.0035 ）。更具體地說，由具有一種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物製成的電池單元的CE 測量範圍為 96.4% 至 99.4%，而由摻雜鎂和鋁材料的鋰鈷氧化物製成的電池單元的CE 測量範圍為 93.2% 至 96.5%。表 15：摻雜鎂(Mg)、鋁(Al) 鋰鈷氧化物的材料製成的鋰離子電池的電性能測量值

示例 # 25
上限截止電壓(Upper cut off voltage), V	初始充電容量 (1st charge capacity), mAh/g	初始放電容量 (1st discharge capacity), mAh/g	庫侖效率 (1st CE), %
4.45	193.756	180.661	93.2
4.5	197.212	190.324	96.5
4.6	232.562	222.25	95.6
4.6	234.493	224.638	95.8

表 16 說明了根據示例#26 製備的由摻雜鋯的鋰鈷氧化物材料製成的電池在從 4.3 電壓到 4.6 電壓的不同上限截止電壓下測試的電容量和庫倫效率 (CE) 的測試結果。可以發現，由摻雜鋯的示例性鋰鈷氧化物材料製成的電池樣品的截止電壓總體上顯示出高庫侖效率(CE)。例如，在上限截止電壓 4.3 V 下，放電容量和庫侖效率 (CE) 分別約為 159.025 mAh/g 和 98.3%。在另一個例子中，在4.45 V的上限截止電壓下，放電容量和庫侖效率（CE）分別約為181.71 mAh/g和98.0%。在又一個例子中，在4.5V的上限截止電壓下，放電容量和庫侖效率(CE)分別在194.107mAh/g左右和97.9%左右。在又一個示例中，在4.6 V的上限截止電壓下，放電容量和庫侖效率(CE)分別約為230.09 mAh/g和96.9%。

再次參考表 8，進一步觀察可以發現，在 950°C 下退火 17 小時由摻雜鋯的鋰鈷氧化物（ Li _1.0Co _1.0O ₂ ‧ doped Zr _0.0017 ) 材料製成的電池示例，與在 1020°C 退火 17 小時由摻雜鋯的鋰鈷氧化物（ Li _1.0Co _1.0O ₂ ‧ doped Zr _0.0017 ）材料製成的電池示例相比，表現出更低的庫侖效率 (CE)。更具體地說，由摻雜鋯材料的示例性鋰鈷氧化物在 1020°C 下退火的電池單元的CE 測量範圍為 96.9% 至 98.3%，而由示例性摻雜鋯材料的鋰鈷氧化物在 950°C 下退火的電池單元的CE 測量範圍為從 92.9% 到 96.3%。表 16：摻雜 Zr 的鋰鈷氧化物(LCO)材料製成的鋰離子電池的電性能測量值

Example 示例# 26
上限截止電壓(Upper cut off voltage), V	初始充電容量 (1st charge capacity), mAh/g	初始放電容量 (1st discharge capacity), mAh/g	庫侖效率 (1st CE), %
4.3	161.831	159.025	98.3
4.45	185.369	181.71	98.0
4.5	198.267	194.107	97.9
4.6	237.538	230.09	96.9

在其他實施例中，正在測試的本發明的組合物和製劑如下表17所示。實施例32的本發明的組合物具有Li _xCo _yO _z‧doped Mg _a的化學式，其中x : y : a的比率相當於 M _LiSalt: M _CoSalt: M _MgSalt，其中 x 為 1.0，y 為 1.0，a 為 0.0017。

在實施例32中，示例性的含鋰鹽化合物包括但不限於硝酸鋰(LiNO3)及其組合，示例性的含鈷鹽化合物包括但不限於硝酸鈷(Co(NO3)2) 及其組合，示例性的第一含金屬鹽Me1包括但不限於硝酸鎂(Mg(NO3)2)及其組合。將實施例32中的退火溫度和退火時間加熱至1090℃並保持17小時。用於本發明的化學組成列表顯示在表 17 中。表 17: 測量的示例性摻雜鎂的鋰鈷氧化物(LCO) 材料的組成

示例 #	M _LiSalt	M _CoSalt	M _MgSalt (Mg(NO ₃) ₂)	M _Me2Salt (Al(NO ₃) ₃)	M _Me3Salt (Zr(NO ₃) ₄)	Anneal Temp (°C)	Anneal Time (hour)
32	1.0	1.0	0.0017	0	0	1090	17

表 18 說明了示例性測量鋰鈷氧化物(LCO)材料組合物的測試結果（示例#32）。一個觀察結果是測得的Li:Co:Mg的鋰鈷氧化物材料組成比的測試結果是在所製備的M _LiSalt: M _CoSalt: M _MgSalt的製備摩爾比的預期範圍內。表 18: 測量示例性摻雜鎂的鋰鈷氧化物(LCO) 材料的組成

示例 #	Li	Ni	Co	Al	Mg	Zr
32	1.0072	0	0.9979	0.0018	0.0020	0

表 19 說明了由摻雜鎂的鋰鈷氧化物材料製成的電池單元在 4.3 電壓至 4.6 電壓的不同上限截止電壓下經 1090°C 退火測試的電容量和庫倫效率 (CE) 測試結果，根據製備示例#32。可以發現，由摻雜鎂的示例性鋰鈷氧化物材料製成的電池樣品在不同的截止電壓下總體表現出高庫侖效率（CE）。例如，在上限截止電壓 4.3 V 下，放電容量和庫倫效率 (CE) 分別約為 146.55 mAh/g 和 98.2%。在另一個例子中，在4.45 V的上限截止電壓下，放電容量和庫侖效率（CE）分別約為175.842 mAh/g和98.3%。在又一示例中，在4.5V的上限截止電壓下，放電容量和庫侖效率(CE)分別在175.7mAh/g和98.2％左右。在又一個例子中，在 4.6 V 的上限截止電壓下，放電容量和庫倫效率 (CE) 分別約為 217.2 mAh/g 和 97.5%。

參考表 12，進一步觀察可以發現，由摻雜有鎂的鋰鈷氧化物材料 ( Li _1.0Co _1.0O ₂ ‧ doped Mg _0.0017 ) 在不同退火溫度下退火的電池組電池樣品表現出相似的庫侖效率（CE）。更具體而言，由示例性摻雜有鎂材料的鋰鈷氧化物(“LCO”)製成的電池單元在 1020°C 下退火的CE 測量範圍為 96.9% 至 99.4%，而由示例性摻雜有鎂材料鋰鈷氧化物(“LCO”)製成的電池單元在 1020°C 下退火的CE 測量範圍為 1090°C 範圍為 97.1% 至 98.3%。表 19：LCO ‧doped Mg材料製成的鋰離子電池的電性能測量值

Example 示例# 32
上限截止電壓(Upper cut off voltage), V	初始充電容量 (1st charge capacity), mAh/g	初始放電容量 (1st discharge capacity), mAh/g	庫侖效率 (1st CE), %
4.3	149.23	146.55	98.2
4.45	178.845	175.842	98.3
4.5	178.9	175.7	98.2
4.5	192.3	186.7	97.1
4.6	222.8	217.2	97.5

圖4說明了由摻雜有本發明的一種或多種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物材料製備的鋰離子電池的電容量放電曲線的測試結果。在一個實施例中，線410代表摻雜有鋯的鋰鈷氧化物材料（ Li _1.0Co _1.0O ₂ ‧ doped Zr _0.0017 ）。在另一個實施例中，線430代表摻雜有鋁的鋰鈷氧化物材料（ Li _1.0Co _1.0O ₂ ‧ doped Al _0.0045 ）。所有摻雜劑都會影響鋰鈷氧化物材料的放電容量。一項觀察可以發現，如圖 4 所示，取決於不同摻雜劑組成比的樣品 LCO 在較高電壓下具有較高的容量。

其他觀察可以發現，在相同的上限截止電壓下，由於不同比例的不同摻雜劑，放電容量略有下降，但沒有觀察到顯著下降，代表了取代的摻雜劑的比例不顯著影響樣品的電化學性能。

進一步觀察可以發現，如圖 4 所示，在上限截止電壓4.6 V下，摻雜鋯的鋰鈷氧化物材料( Li _1.0Co _1.0O ₂ ‧ doped Zr _0.0017 ) 相較於其他正極材料混合物的組成, 具有最佳和最高的放電容量 230.09 mAh/g 和 96.7% 的庫侖效率 (CE) 。

圖5A、圖5B和圖5C說明了鋰離子電池在不同截止電壓(從4.45電壓到4.6電壓)下的電容量的放電曲線，其中鋰離子電池是根據本發明摻雜有一種或多種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物材料的示例#22-#26製備的。

圖5A是柱狀圖，其示出了根據本發明的示例#22-#26製備的鋰離子電池在4.45截止電壓下的電容量放電曲線。一項觀察可以發現，在 4.45 截止電壓下，由於不同比例的不同摻雜劑，放電容量略有下降。進一步觀察可以發現，在上限截止電壓 4.45 V 下，根據示例#23 製備的摻雜鎂的鋰鈷氧化物材料（ Li _1.0Co _1.0O ₂ ‧ doped Mg _0.0045 ）比其他組成(如圖 5A 所示的示例#22-26)具有最高的放電容量，容量為 183.17 mAh/g。

圖5B是柱狀圖，其說明由本發明的示例#22-26製備的鋰離子電池在4.5電壓下的電容量放電曲線。一項觀察可以發現，在 4.5 的截止電壓下，由於不同比例的不同摻雜劑，放電容量略有下降。進一步觀察可以發現，在上限截止電壓4.5 V下，按照示例#22製備的摻雜鎂的鋰鈷氧化物材料（ Li _1.0Co _1.0O ₂ ‧ doped Mg _0.0017 ）和根據示例#26製備的摻鋯的鋰鈷氧化物材料( Li _1.0Co _1.0O ₂ ‧ doped Zr _0.0017 ) 比其他組成(如圖5B所示的示例#22-26)具有較高的放電容量，分別為194.35 mAh/g和194.11 mAh/g。

圖5C是柱狀圖，其說明由本發明的示例#22-26製備的鋰離子電池在4.6電壓下的電容量放電曲線。如圖 5C 所示，隨著截止電壓的增加，可以觀察到更高的放電容量讀數。進一步觀察可以發現，根據示例#26製備的摻鋯的鋰鈷氧化物材料（ Li _1.0Co _1.0O ₂ ‧ doped Zr _0.0017 ）比其他示例#22-26的組成,具有更高的放電容量230.09 mAh/g。

圖6是說明由摻雜不同金屬摻雜劑和濃度的鋰鈷氧化物材料製成的電池單元樣本在4.5V的截止電壓下的循環性能的圖。圖6比較了摻雜金屬鹽的例子的循環和放電能力測試結果。

在一個實施例中，線610說明了由摻雜有鋯的鋰鈷氧化物( LiCoO ₂ ‧ doped Zr _0.17% )製成的電池的充電循環。在另一個實施例中，線620示出了由摻雜有鎂的鋰鈷氧化物( LiCoO ₂ ‧ doped Mg _0.17% )製成的電池的充電循環。在又一個實施例中，線630說明了由摻雜有鎂的鋰鈷氧化物( LiCoO ₂ ‧ doped Mg _0.45% )製成的電池的充電循環。在又一個實施例中，線640示出了由摻雜有鎂和鋁的鋰鈷氧化物（ LiCoO ₂ ‧ doped Mg _0.1%, Al _0.35% ）製成的電池的充電循環。在又一個實施例中，線650示出了由摻雜鋁的鋰鈷氧化物( LiCoO ₂ ‧ doped Al _0.45% )製成的電池的充電循環。

從圖6可以看出，摻雜有含鋯化合物( LiCoO ₂ ‧ doped Zr _0.17% )的電池的循環性能優於摻雜有其他含金屬化合物的電池單元。從圖6可以進一步看出，在0-25次電池循環之間，由摻雜鋯（ LiCoO ₂ ‧ doped Zr _0.17% ）的鋰鈷氧化物材料製成的電池比其他摻鎂的鋰鈷氧化物材料、摻鋁的鋰鈷氧化物材料、摻鎂鋁鋰鈷氧化物材料樣品的電池容量更高。進一步觀察到，這些樣品的放電容量在達到第 25 個循環時開始緩慢衰減。

圖 7A 和圖 7B 是本發明的摻雜鎂的結晶鋰鈷氧化物材料的一個示例 (LiCoO ₂‧doped Mg _0.17%) 在退火室內以1020°C 退火處理 17 之後的掃描電子顯微鏡 (SEM) 圖像小時內。 SEM圖像顯示了本發明的組合物和組成，其中含鋰鹽、含鈷鹽、含鎂鹽的摩爾比為M _LiSalt: M _CoSalt: M _MgSalt。本發明的化學式為Li _xCo _yO _z‧doped Mg _a，其中x:y:a的比值相當於M _LiSalt: M _CoSalt: M _MgSalt，其中x為1.0，y為1.0，a為0.0017。在圖7A和圖7B中，示例性含鋰鹽化合物包括但不限於硝酸鋰(LiNO3)及其組合，示例性含鈷鹽化合物包括但不限於硝酸鈷(Co(NO3)2)及其組合，示例性的含鎂鹽(Mg)包括但不限於硝酸鎂(Mg(NO3)2)及其組合。

圖7A說明了在1020°C退火溫度17小時的具有結晶結構的摻雜有鎂顆粒的鋰鈷氧化物材料的一個實例的形態和粒度。此外，圖 7B 顯示了圖 7A 的局部放大圖。在如圖7B所示的一個示例中，一種摻雜有鎂的鋰鈷氧化物材料顆粒710具有晶體結構。

圖7C和圖7D是在乾燥室內的乾燥過程之後摻雜有鎂的氧化物材料(LiCoO ₂‧doped Mg _0.17%)的固體顆粒的另一個示例的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。 SEM圖像顯示了本發明的組合物和組成，其中含鋰鹽、含鈷鹽、含鎂鹽的摩爾比為M _LiSalt _:M _CoSalt: M _MgSalt。本發明的化學式為Li _xCo _yO _z‧doped Mg _a，其中x:y:a的比值相當於M _LiSalt _:M _CoSalt: M _MgSalt，其中x為1.0，y為1.0，a為0.0017。在圖7C和圖7D中，示例性含鋰鹽化合物包括但不限於硝酸鋰(LiNO3)及其組合，示例性含鈷鹽化合物包括但不限於硝酸鈷(Co(NO3)2)及其組合，示例性的含鎂鹽(Mg)包括但不限於硝酸鎂(Mg(NO3)2)及其組合。

圖7C說明了在具有結晶結構的乾燥過程之後摻雜有鎂顆粒的鋰鈷氧化物材料的一個實例的形態和粒度。此外，圖 7D 顯示了圖 7C 的局部放大圖。在如圖7D所示的一個示例中，一種摻雜有鎂的鋰鈷氧化物材料的固體顆粒720是球形的。

圖8A和圖8B是本發明的摻雜鎂(LiCoO2•摻雜Mg0.45%)的結晶化鋰鈷氧化物材料在退火室以1020°C退火處理17小時後的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。。SEM圖像顯示了本發明的組合物和組成，其中含鋰鹽、含鈷鹽、含鎂鹽的摩爾比為M _LiSalt _:M _CoSalt: M _MgSalt。本發明的化學式為Li _xCo _yO _z‧doped Mg _a，其中x:y:a的比例相當於M _LiSalt _:M _CoSalt: M _MgSalt，其中x為1.0，y為1.0，a為0.0045。在圖8A和圖8B中，示例性含鋰鹽化合物包括但不限於硝酸鋰(LiNO ₃)及其組合，示例性含鈷鹽化合物包括但不限於硝酸鈷(Co(NO ₃) ₂)及其組合，示例性的含鎂鹽(Mg)包括但不限於硝酸鎂(Mg(NO ₃) ₂)及其組合。

圖8A說明了摻雜有鎂顆粒的鋰鈷氧化物材料的一個實例在1020°C的退火溫度下17小時的具有結晶結構的形態和粒度。此外，圖 8B 顯示了圖 8A 的局部放大圖。在如圖8B所示的一個示例中，一種摻雜有鎂的鋰鈷氧化物材料顆粒810具有晶體結構。回到圖 7B，進一步觀察可以發現，隨著鎂摻雜劑的不同百分比，形態沒有顯著變化。

圖8C和圖8D是在乾燥室內的乾燥過程之後摻雜有鎂的氧化物材料(LiCoO ₂‧doped Mg _0.45%)的固體顆粒的另一個示例的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。 SEM圖像顯示了本發明的組合物和組成，其中含鋰鹽、含鈷鹽、含鎂鹽的摩爾比為M _LiSalt: M _CoSalt: M _MgSalt。本發明的化學式為Li _xCo _yO _z‧doped Mg _a，其中x:y:a的比例相當於M _LiSalt: M _CoSalt: M _MgSalt，其中x為1.0，y為1.0，a為0.0045。在圖8C和圖8D中，示例性含鋰鹽化合物包括但不限於硝酸鋰(LiNO ₃)及其組合，示例性含鈷鹽化合物包括但不限於硝酸鈷(Co(NO ₃) ₂)及其組合，示例性的含鎂鹽(Mg)包括但不限於硝酸鎂(Mg(NO ₃) ₂)及其組合。

圖8C說明了在具有結晶結構的乾燥過程之後摻雜有鎂顆粒的鋰鈷氧化物材料的一個實例的形態和粒度。此外，圖 8D 顯示了圖 8C 的局部放大圖。在如圖8D所示的一個示例中，一種摻雜有鎂的鋰鈷氧化物材料的固體顆粒820是球形的。

圖9A和圖9B是本發明的摻雜鋁(LiCoO ₂‧doped Al _0.45%)的結晶化鋰鈷氧化物材料在退火室以1020°C退火處理17小時後的掃描電子顯微鏡（SEM)照片。SEM圖像顯示了本發明的組合物和組成，其中含鋰鹽、含鈷鹽、含鋁鹽的摩爾比為M _LiSalt: M _CoSalt: M _AlSalt。本發明的化學式為LiCoO ₂‧doped Al _0.45%)，其中x:y:b的比例相當於M _LiSalt: M _CoSalt: M _AlSalt，其中x為1.0，y為1.0，b為0.0045。在圖9A和圖9B中，示例性含鋰鹽化合物包括但不限於硝酸鋰(LiNO ₃)及其組合，示例性含鈷鹽化合物包括但不限於硝酸鈷(Co(NO ₃) ₂)及其組合，示例性的含鋁鹽(Al)包括但不限於硝酸鋁(Al(NO ₃) ₃)及其組合。

圖9A呈現了摻雜有鋁顆粒的鋰鈷氧化物材料的一個實施例在1020°C的退火溫度下17小時的具有結晶結構的形態和粒度。此外，圖 9B 顯示了圖 9A 的局部放大圖。在如圖9B所示的一個示例中，一種摻雜有鋁的鋰鈷氧化物材料顆粒910具有晶體結構。

圖9C和圖9D是在乾燥室內的乾燥過程之後摻雜有鋁的氧化物材料(LiCoO ₂‧doped Al _0.45%)的固體顆粒的另一個示例的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。 SEM圖像顯示了本發明的組合物和組成，其中含鋰鹽、含鈷鹽、含鋁鹽的摩爾比為M _LiSalt: M _CoSalt: M _AlSalt。本發明的化學式為Li _xCo _yO _z‧doped Al _b，其中x:y:b的比例相當於M _LiSalt: M _CoSalt: M _AlSalt，其中x為1.0，y為1.0，b為0.0045。在圖9C和圖9D中，示例性含鋰鹽化合物包括但不限於硝酸鋰(LiNO ₃)及其組合，示例性含鈷鹽化合物包括但不限於硝酸鈷(Co(NO ₃) ₂)及其組合，示例性的含鋁鹽(Al)包括但不限於硝酸鋁(Al(NO ₃) ₃)及其組合。

圖9C說明了在具有結晶結構的乾燥過程之後摻雜有鋁顆粒的鋰鈷氧化物材料的一個實例的形態和粒度。此外，圖 9D 顯示了圖 9C 的局部放大圖。在如圖9D所示的一個示例中，一種摻雜有鋁的鋰鈷氧化物材料的固體顆粒920是球形的。

圖10A和圖10B是本發明的摻雜鎂和鋁(LiCoO ₂‧doped Mg _0.10%,Al _0.35%)的結晶鋰鈷氧化物材料在1020退火處理後的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像°C 退火室內 17 小時。 SEM圖像顯示了本發明的組合物和製劑，其中含鋰鹽、含鈷鹽、含鎂鹽、含鋁鹽的摩爾比為M _LiSalt _:M _CoSalt: M _MgSalt: M _AlSalt。本發明的化學式為LiCoO ₂‧doped Mg _0.10%,Al _0.35%，其中x:y:a:b的比例相當於M _LiSalt _:M _CoSalt: M _MgSalt: M _AlSalt，其中x為1.0，y為1.0， a 為 0.001，b 為 0.0035。在圖10A和圖10B中，示例性的含鋰鹽化合物包括但不限於硝酸鋰(LiNO ₃)及其組合，示例性的含鈷鹽化合物包括但不限於硝酸鈷(Co(NO ₃) ₂)及其組合。示例性的含鎂鹽(Mg)包括但不限於硝酸鎂(Mg(NO ₃) ₂)及其組合。示例性的含鋁鹽(Al)包括但不限於硝酸鋁(Al(NO ₃) ₃)及其組合。

圖10A說明了摻雜有鎂和鋁顆粒的鋰鈷氧化物材料的一個實施例在1020°C退火溫度17小時的具有結晶結構的形態和粒度。此外，圖 10B 顯示了圖 10A 的局部放大圖。在如圖10B所示的一個示例中，一種摻雜有鎂和鋁的鋰鈷氧化物材料顆粒1010具有晶體結構。

圖 10C 和圖 10D 是在內部乾燥過程後摻雜有鎂和鋁的氧化物材料 (LiCoO ₂‧doped Mg _0.10%,Al _0.35%的固體顆粒的另一個示例的掃描電子顯微鏡 (SEM) 圖像乾燥室。 SEM圖像顯示了本發明的組合物和製劑，其中含鋰鹽、含鈷鹽、含鎂鹽、含鋁鹽的摩爾比為M _LiSalt: M _CoSalt: M _MgSalt: M _AlSalt。本發明的化學式為LiCoO ₂‧doped Mg _0.10%,Al _0.35%，其中x:y:a:b的比例相當於M _LiSalt: M _CoSalt: M _MgSalt: M _AlSalt，其中x為1.0，y為1.0， a 為 0.001，b 為 0.0035。在圖10C和圖10D中，示例性的含鋰鹽化合物包括但不限於硝酸鋰(LiNO ₃)及其組合，示例性的含鈷鹽化合物包括但不限於硝酸鈷(Co(NO ₃) ₂)及其組合。示例性的含鎂鹽(Mg)包括但不限於硝酸鎂(Mg(NO ₃) ₂)及其組合。示例性的含鋁鹽(Al)包括但不限於硝酸鋁(Al(NO ₃) ₃)及其組合。

圖10C呈現了在乾燥過程之後具有結晶結構的摻雜有鎂和鋁顆粒的鋰鈷氧化物材料的一個示例的形態和粒度。此外，圖 10D 顯示了圖 10C 的局部放大圖。在如圖10D所示的一個示例中，一種摻雜有鎂和鋁的鋰鈷氧化物材料的固體顆粒1020是球形的。

圖11A和圖11B是本發明的摻雜鋯(LiCoO ₂‧doped Zr _0.17%)的結晶化鋰鈷氧化物材料在退火室中以1020°C退火處理17小時後的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。 SEM圖像顯示了本發明的組合物和組成，其中含鋰鹽、含鈷鹽、含鎂鹽的摩爾比為M _LiSalt _:M _CoSalt: M _ZrSalt。本發明的化學式為Li _xCo _yO _z‧doped Zr _c，其中x:y:c的比例相當於M _LiSalt: M _CoSalt: M _ZrSalt，其中x為1.0，y為1.0，c為0.0017。在圖11A和圖11B中，示例性含鋰鹽化合物包括但不限於硝酸鋰(LiNO ₃)及其組合，示例性含鈷鹽化合物包括但不限於硝酸鈷(Co(NO ₃) ₂)及其組合，示例性的含鋯鹽(Zr)包括但不限於硝酸鋯(Zr(NO ₃) ₄)及其組合。

圖11A呈現了摻雜有鋯顆粒的鋰鈷氧化物材料的一個實施例在1020°C退火溫度17小時的具有結晶結構的形態和粒度。此外，圖 11B 顯示了圖 11A 的局部放大圖。在如圖11B所示的一個示例中，一種摻雜鋯(Zr)的鋰鈷氧化物材料顆粒1110具有晶體結構。再參考圖 7B-圖 10B，進一步觀察可以發現，不同摻雜劑的形態沒有顯著變化。

圖 12A 和圖 12B 是本發明的摻雜鎂 (Li _0.97Co _1.0O ₂‧doped Mg _0.17%) 的結晶鋰鈷氧化物材料的一個實施例在退火室內以 1020°C 退火處理17 小時後的掃描電子顯微鏡 (SEM) 圖像。 SEM圖像顯示了本發明的組合物和製劑，其中含鋰鹽、含鈷鹽、含鎂鹽的摩爾比為M _LiSalt _:M _CoSalt: M _MgSalt。本發明的化學式為Li _xCo _yO _z‧doped Mg _a，其中x:y:a的比例相當於M _LiSalt: M _CoSalt: M _MgSalt，其中x為0.97，y為1.0，a為0.0017。在圖12A和圖12B中，示例性的含鋰鹽化合物包括但不限於硝酸鋰(LiNO ₃)及其組合，示例性的含鈷鹽化合物包括但不限於硝酸鈷(Co(NO ₃) ₂)及其組合，示例性的含鎂鹽(Mg)包括但不限於硝酸鎂(Mg(NO ₃) ₂)及其組合。

圖12A呈現了摻雜有鎂顆粒的鋰鈷氧化物材料的一個實施例在1020°C退火溫度17小時的具有結晶結構的形態和粒度。此外，圖 12A 顯示了圖 12A 的局部放大圖。在如圖12B所示的一個示例中，一種摻雜有鎂的鋰鈷氧化物材料顆粒1210具有晶體結構。再參考圖 7B-圖 11B，進一步觀察可以發現，不同摻雜劑的形態沒有顯著變化。

圖 13A 和圖 13B 是在乾燥室內部乾燥過程後摻雜有鎂和鋁的氧化物材料 (LiCoO ₂‧doped Mg _0.10%,Al _0.35%) 的固體顆粒的一個示例的掃描電子顯微鏡 (SEM) 圖像。 SEM圖像顯示了本發明的組合物和組成，其中含鋰鹽、含鈷鹽、含鎂鹽、含鋁鹽的摩爾比為M _LiSalt _:M _CoSalt: M _MgSalt: M _AlSalt.。本發明的化學式為Li _xCo _yO _z‧doped Mg _a, Al _b，其中x:y:a:b的比例相當於M _LiSalt: M _CoSalt: M _MgSalt: M _AlSalt，其中x為1.0，y為1.0， a 為 0.001，b 為 0.0035。

在圖 13A 和圖 13B 中，示例性的含鋰鹽化合物包括但不限於硝酸鋰 (LiNO3) 及其組合，示例性的含鈷鹽化合物包括但不限於硝酸鈷 (Co(NO ₃) ₂) 及其組合。示例性的含鎂鹽(Mg)包括但不限於硝酸鎂(Mg(NO ₃) ₂)及其組合。示例性的含鋁鹽(Al)包括但不限於硝酸鋁(Al(NO ₃) ₃)及其組合。

圖13A呈現了摻雜有鎂和鋁顆粒的鋰鈷氧化物材料的一個實施例具有結晶結構的形態和粒度。此外，圖 13B 顯示了圖 13A 的局部放大圖。在如圖13B所示的一個示例中，一種摻雜有鎂和鋁的鋰鈷氧化物材料的固體顆粒1310是球形的。

返回參考圖13A和圖13B，鋰鈷氧化物材料的固體顆粒的振實密度(“TD”)和粒度分佈(稱為“PSD”或“SPAN”)如表20所示。

準確地說，“SPAN”值表示粒度分佈(“PSD”)的程度，定義為(D90-D10)/D50。 “D10”、“D50”和“D90”定義為累積體積百分比分佈的10%、50%和90%處的粒徑。 D50 表示大於存在的總顆粒（也稱為中值直徑）的 50%（按數量計）的平均粒度。 D90 和 D10 分別代表大於所有粒子的 90% 和 10% 的粒子直徑（按數量）。此外，粒徑以μm表示。鋰鈷氧化物材料固體顆粒的振實密度為0.86g/cc，D10值為3.69μm，D50值為7.71μm，D90值為13.3μm，PSD值為1.25。表 20: 乾燥過程後鋰鈷氧化物材料的固體顆粒的振實密度 (TD) 和粒徑

Tap Density	D10	D50	D90	PSD
0.86	3.69	7.71	13.3	1.25

圖 14A-14C、圖 15A-15C、圖 16A-16C 和圖 17A-17C 是摻雜鎂和鋁的結晶鋰鈷氧化物材料 (LiCoO ₂‧doped Mg _0.10%,Al _0.35%) 本發明的退火工藝後，在不同的退火溫度（從 900°C 到 1050°C）退火室內退火 17 小時。 SEM圖像顯示了本發明的組合物和製劑，其中含鋰鹽、含鈷鹽、含鎂鹽、含鋁鹽的摩爾比為M _LiSalt _:M _CoSalt: M _MgSalt: M _AlSalt。本發明的化學式為Li _xCo _yO _z‧doped Mg _a, Al _b，其中x:y:a:b的比例相當於M _LiSalt: M _CoSalt: M _MgSalt: M _AlSalt，其中x為1.0，y為1.0， a 為 0.001，b 為 0.0035。

在圖 14A-14C、圖 15A-15C、圖 16A-16C 和圖 17A-17C 中，示例性的含鋰鹽化合物包括但不限於硝酸鋰 (LiNO ₃) 及其組合，示例性的含鈷鹽化合物包括但不限於硝酸鈷(Co(NO ₃) ₂)及其組合。示例性的含鎂鹽(Mg)包括但不限於硝酸鎂(Mg(NO ₃) ₂)及其組合。示例性的含鋁鹽(Al)包括但不限於硝酸鋁(Al(NO ₃) ₃)及其組合。

在如圖 14A 所示的一個示例中，SEM 顯示了在900°C 的退火溫度下17 小時具有結晶結構。圖 14B 和圖 14C 顯示了圖 14A 的局部放大圖。

在如圖 15A 所示的另一個示例中，SEM 顯示了在 950°C 的退火溫度下 17 小時的具有結晶結構的摻雜有鎂和鋁的鋰鈷氧化物材料顆粒的形態和粒度。圖 15B 和圖 15C 顯示了圖 15A 的局部放大圖。

圖 16A為摻雜有鎂和鋁的鋰鈷氧化物材料顆粒 (LiCoO ₂‧doped Mg _0.10%,Al _0.35%)的又一示例，該SEM 顯示了在退火溫度下1000°C退火處理17 小時的形態和顆粒尺寸時具有結晶結構。圖 16B 和圖 16C 顯示了圖 16A 的局部放大圖。

在如圖 17A 所示, 摻雜有鎂和鋁 (LiCoO ₂‧doped Mg _0.10%,Al _0.35%)的鋰鈷氧化物材料顆粒的又一示例中，SEM 顯示了在退火溫度下1050°C退火處理17 小時的形態和粒度具有結晶結構。圖 17B 和圖 17C 顯示了圖 17A 的局部放大圖。

再次參考圖 13-17，表 21 說明了示例性測量的摻雜有鎂和鋁的 LCO 材料的樣品的測試結果（LiCoO ₂‧doped Mg _0.10%,Al _0.35%）。一個觀察結果是，測得的Li:Co:Mg:Al的LCO材料組成比的測試結果在所製備的摩爾比M _LiSalt: M _CoSalt: M _MgSalt: M _AlSalt在預期範圍內。表 21：示例性測量的鋰鈷氧化物材料成分

相對應圖	Li	Co	Al	Mg	條件
圖13A, 圖13B	1.0862	0.9875	0.0125	0.0040	乾燥後
圖14A, 圖14B	1.0629	0.9873	0.0127	0.0041	在900° C退火
圖15A, 圖15B	1.0424	0.9862	0.0138	0.0041	在950° C退火
圖16A, 圖16B	1.0313	0.9867	0.0133	0.0040	在1000° C 退火
圖17A, 圖17B	1.0067	0.9856	0.0144	0.0039	在1050° C退火

圖22說明了根據示例#25和示例#26製備的X射線衍射圖的比較。已經通過X射線衍射研究了摻雜有一種或多種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物材料(示例#25和示例#26)的晶體結構。實施例 #25 和實施例 #26 展示了 LiCoO2 單相。沒有觀察到第二相、雜質相，例如 Li ₂Co ₃、Co ₃O ₄。

根據示例#25和示例#26製備的XRD結果的細節如表22所示。根據示例#25和示例#26製備的XRD結果的比較如表23所示。基於XRD 結果，可以發現示例#25的強度比I(003)/I(104)高於示例#16的強度比I(003)/I(104)。進一步觀察可以發現示例#25的FWHM(003)和(104)低於示例#26。可以發現另一個觀察結果是實施例 #26 的 c/a 高於實施例 #25 的 c/a。還可以發現示例#25的Δ2θ[(012)-(006)]、Δ2θ[(110)-(018)]與示例#26的數據相似。表 22：XRD 結果

表 23：XRD 結果比較

Sample no.	Example 25	Example 26
I (003) / I (104)	3.96	2.27
hkl	003	104	003	104
FWHM[ °]	0.09	0.07	0.10	0.09
Δ2θ[(012)-(006)][°]	0.663	0.667
Δ2θ[(110)-(018)][°]	0.916	0.915
*c/a*	4.990	4.992
r _I	0.51	0.45
K _Fm	23.53	15.37

100:方法 110:步驟 120:步驟 130:步驟 140:步驟 150:步驟 160:步驟 200:方法 210:步驟 220:步驟 230:步驟 240:步驟 250:步驟 260:步驟 270:步驟 300:系統 303:液體管道 304:液體混合器 305:泵 306:霧生成器 310:乾燥室 312:室體 315:室進口 317:室出口 320:氣-固分離器 321A:分離器進口 321B:分離器進口 322A:分離器出口 322B:分離器出口 324A:分離器出口 324B:分離器出口 325:容器 326A:氣體減排裝置 326B:氣體減排裝置 328:氣-固分離器 331A、331B、331C、331D:氣體管道 332:氣體源 333:氣體進口 334:氣體源 340:反應器 345:反應器進口 347:反應器出口 348:反應器出口 350:熱交換器 352:源 353:冷卻流體管道 354:過濾器 355:冷卻流體管道 368:最終產物收集器 370:電池單元 380:加熱機構 390:工藝控制系統 410:線 430:線 610:線 620:線 630:線 640:線 650:線 710:鋰鈷氧化物材料顆粒 720:固體顆粒 810:鋰鈷氧化物材料顆粒 820:固體顆粒 910:鋰鈷氧化物材料顆粒 920:固體顆粒 1010:鋰鈷氧化物材料顆粒 1020:固體顆粒 1110:鋰鈷氧化物材料顆粒 1210:鋰鈷氧化物材料顆粒 1310:固體顆粒

為了可以詳細地理解本發明的上述特徵的方式，可以通過參考實施例來對本發明進行更具體的描述，上面對本發明進行了簡要概述，其中一些示例在附圖中示出。然而，應注意，附圖僅示出了本發明的典型實施例，因此不應視為對本發明範圍的限制，因為本發明可允許其他等效實施例。

圖1A說明了生產用於鋰離子電池的正極材料的方法的流程圖的一個實施例。

圖1B說明了生產用於鋰離子電池的正極材料的方法的另一個流程圖的另一個實施例。

圖2是用於製備根據本發明的一個實施例的電池組電化學電池的材料的示例性處理系統的示意圖。

圖3是可用於製備根據本發明的一個實施例的電池組電化學電池的材料的另一示例性處理系統的示意圖。

圖4是說明由本發明的各種正極材料製備的鋰離子電池的電容量的放電曲線的線圖。

圖5A是柱狀圖，其說明鋰離子電池在特定電壓下的電容量放電曲線，其中鋰離子電池由本發明的各種示例性正極材料製備。

圖5B是柱狀圖，其說明鋰離子電池在特定電壓下的電容量的放電曲線，其中鋰離子電池由本發明的示例性正極材料製備。

圖5C是柱狀圖，其說明了鋰離子電池在特定電壓下的電容量的放電曲線，其中鋰離子電池由本發明的正極材料的另外幾個實施例製備。

圖6是說明通過使用本發明的正極材料的各種實施例製備的電池的充電和放電循環性能的圖表。

圖7A是本發明結晶鋰鈷氧化物材料的另一個例子的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。

圖7B是圖7A的示例的較大倍數的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。

圖7C是氧化物材料的固體顆粒的另一個實施例的另一個實施例在乾燥過程之後的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。

圖7D是圖7C的示例的較大倍數的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。

圖8A是結晶鋰鈷氧化物材料的另一個例子的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。

圖8B是圖8A的示例的較大倍數的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。

圖8C是在乾燥過程之後氧化物材料的固體顆粒的另一個實例的另一個實施例的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。

圖 8D 是圖 8C 的示例的較大倍數的掃描電子顯微鏡 (SEM) 圖像。

圖9A是本發明結晶鋰鈷氧化物材料的另一個例子的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。

圖9B是圖9A的示例的較大倍數的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。

圖9C是氧化物材料的固體顆粒的另一個實施例的另一個實施例在乾燥過程之後的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。

圖9D是圖9C的示例的較大倍數的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。

圖10A是本發明的結晶鋰鈷氧化物材料的另一個例子的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。

圖 10B 是圖 10A 的示例的較大倍數的掃描電子顯微鏡 (SEM) 圖。

圖10C是氧化物材料的固體顆粒的另一個實施例的另一個實施例在乾燥過程之後的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。

圖10D是圖10C的示例的較大倍數的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。

圖11A是本發明結晶鋰鈷氧化物材料的另一個例子的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。

圖 11B 是圖 11A 的示例的較大倍數的掃描電子顯微鏡 (SEM) 圖。

圖12A是本發明結晶鋰鈷氧化物材料的另一個例子的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。

圖12B是圖12A的示例的較大倍數的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。

圖13A是在乾燥過程之後氧化物材料的固體顆粒的另一個實例的另一個實施例的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。

圖13B是圖13A的示例的較大倍數的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像

圖14A是本發明結晶鋰鈷氧化物材料的另一個例子的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。

圖14B是圖14A的示例的較大倍數的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。

圖14C是圖14A的示例的較大倍數的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。

圖15A是本發明結晶鋰鈷氧化物材料的另一個例子的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。

圖15B是圖15A的示例的較大倍數的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。

圖 15C 是圖 15A 的示例的較大倍數的掃描電子顯微鏡 (SEM) 圖像。

圖16A是本發明結晶鋰鈷氧化物材料的另一個例子的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。

圖16B是圖16A的示例的較大倍數的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。

圖 16C 是圖 16A 的示例的較大倍數的掃描電子顯微鏡 (SEM) 圖像。

圖17A是本發明結晶鋰鈷氧化物材料的另一個例子的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。

圖17B是圖17A的示例的較大倍數的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。

圖17C是圖17A的示例的較大倍數的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像

圖18是本發明的結晶鋰鈷氧化物材料的兩個實例的X光繞射(X-ray diffraction , XRD) 圖。

100:方法

110:步驟

120:步驟

130:步驟

140:步驟

150:步驟

160:步驟

Claims

一種氧化物材料，包括：一種摻雜有至少一種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物材料(Li_xCo_yO_z‧doped Me_a)，其中x為0.9至1.1(0.9
x
1.1)，y為0.9至1.1(0.9
y
1.1)，z為1.8至2.2(1.8
n
2.2)，其中0<a
0.05，並且從包括以下過程的一過程中獲得：形成一種氣固混合物；將所述氣固混合物分離成一種氧化物材料的一個或多個固體顆粒；和將所述氧化物材料的所述一個或多個固體顆粒在400℃或更高的退火溫度下退火，以獲得所述摻雜有至少一種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物材料的結晶顆粒(Li_xCo_yO_z‧doped Me_a)，其中所述摻雜有至少一種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物材料的結晶顆粒(Li_xCo_yO_z‧doped Me_a)在X光繞射(X-ray diffraction,XRD)圖顯示為LiCoO₂單相。
根據請求項1所述的氧化物材料，其中以獲得摻雜有至少一種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物材料的結晶顆粒(Li_xCo_yO_z‧doped Me_a)的所述過程，亦包括：形成一種液體混合物，其中所述液體混合物包括：一含鋰鹽；一含鈷鹽；和至少一種含金屬摻雜劑的鹽，其中，所述摻雜有至少一種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物材料的結晶顆粒(Li_xCo_yO_z‧doped Me_a)是透過調整所述液體混合物中的所述含鋰鹽、所述含鈷鹽、和至少一種含金屬摻雜劑的鹽的摩爾比M_LiSalt： M_CoSalt：M_MeSalt為x：y：a的比例得到，所製造出的所述摻雜有至少一種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物材料其欲得原子比Li：Co：Me等於x：y：a；將所述液體混合物透過一個霧生成器形成一種霧；將所述液體混合物的與第一氣體流混合以形成一種氣液混合物，其特徵在於，所述第一氣體流包括選自空氣、氧氣、二氧化碳、氮氣、氫氣、惰性氣體、稀有氣體及其組合的氣體；乾燥所述氣液混合物。
根據請求項2所述的氧化物材料，其中所述含鋰鹽選自硫酸鋰(Li₂SO₄)、硝酸鋰(LiNO₃)、碳酸鋰(Li₂CO₃)、乙酸鋰(LiCH₂COO)、氫氧化鋰(LiOH)、甲酸鋰(LiCHO₂)、氯化鋰(LiCl)及其組合，其中所述含鈷鹽選自硫酸鈷(CoSO₄)、硝酸鈷(Co(NO₃)₂)、乙酸鈷(Co(CH₂COO)₂)、甲酸鈷(Co(CHO₂)₂)、氯化鈷(CoCl₂)及其組合。
根據請求項1所述的氧化物材料，其中，所述至少一種金屬摻雜劑選自Al、Mg、Mn、Zr、Zn、Nb、La、Ce、Sn、Ga、Ba、Ac、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Fe、Cu、B、Ge、As、Hf、Mo、W、Re、Ru、Rh、Pt、Ag、Os、Ir、Au及其組合。
根據請求項1所述的氧化物材料，其特徵在於，所述至少一種含金屬摻雜劑的鹽選自硝酸鎂Mg(NO₃)₂、乙酸鎂(MgAc、Mg(CH₃COO)₂)、鎂氯化鋁(MgCl₂)、硫酸鎂(MgSO₄)、甲酸鎂(C₂H₂MgO₄)、硝酸鋁(Al(NO₃)₃)、醋酸鋁(AlAc,C₆H₉AlO₆)、氯化鋁(AlCl₃)、硫酸鋁(Al2(SO₄)₃)，甲酸鋁(Al(HCOO)₃)，硫酸錳(MnSO₄)，硝酸錳(Mn(NO₃)₂)，乙酸錳(Mn(CH₂COO)₂)，甲酸錳(Mn(CHO₂)₂)，氯化錳(MnCl₂)、硝酸鋯(Zr(NO₃)₄)、醋酸鋯(C₈H₁₂O₈Zr)、氯化鋯(ZrCl₄)、硫酸鋯 (Zr(SO₄)₂)、甲酸鋯(C₄H₄O₈Zr)、硫酸鎳(NiSO₄)、硝酸鎳(Ni(NO₃)₂)、乙酸鎳(Ni(CH₂COO)₂)、甲酸鎳(Ni(CHO₂)₂)、氯化鎳(NiCl₂)、硝酸氧鈦((TiO(NO₃)₂))、醋酸鈦、含鈉(Na)化合物、含鉀(K)化合物、含鈧(Sc)化合物、含鈮(Nb)化合物、含釹(Nd)化合物、含鑭(La)化合物、含鈰(Ce)化合物、含矽(Si)化合物、含銣(Rb)化合物、含釩(V)化合物、含銫(Cs)化合物、含鉻(Cr)化合物、含銅(Cu)化合物、含鋅(Zn)化合物、含錫(Sn)化合物、含鎵(Ga)化合物、含鋇(Ba)化合物、含錒(Ac)化合物、含鈣(Ca)化合物、含鐵(Fe)化合物、含硼(B)化合物、含鍺(Ge)化合物、含砷(As)化合物、含鉿(Hf)化合物、含鉬(Mo)化合物、含鎢(W)化合物、含錸(Re)化合物、含釕(Ru)化合物、含銠(Rh)化合物、含鉑(Pt)化合物、含銀(Ag)化合物、含鋨(Os)化合物、含銥(Ir)化合物，含金(Au)的化合物。
根據請求項1所述的氧化物材料，其中，所述摻雜有至少一種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物材料的結晶顆粒(Li_xCo_yO_z‧doped Me_a)在X光繞射(X-ray diffraction,XRD)圖下沒有顯示出第二相。
根據請求項6所述的氧化物材料，其中在形成所述霧之前調整所述含鋰鹽，所述含鈷鹽，和所述至少一種含金屬摻雜劑的鹽的摩爾比M_LiSalt：M_CoSalt：M_MeSalt。
根據請求項6所述的氧化物材料，其中在形成所述霧的同時調整所述含鋰鹽，所述含鈷鹽，和所述至少一種含金屬摻雜劑的鹽的摩爾比M_LiSalt：M_CoSalt：M_MeSalt。
根據請求項1所述的氧化物材料，其特徵在於，所述含鋰鹽和所述含鈷鹽可溶於一合適的溶劑形成所述液體混合物，所述合適的溶劑選自水、醇、有機溶劑、無機溶劑、硫酸(H₂SO₄)、檸檬酸(C₆H₈O₇)、乙酸(CH₃COOH)、丁酸(C₄H₈O₂)、乳酸(C₃H₆O₃)、硝酸(HNO₃)、鹽酸(HCl)、乙醇、吡啶、氨、丙酮及其組合。
根據請求項1所述的氧化物材料，其中所述氧化物材料的固體顆粒在加熱到550℃或更高的第二氣體流的存在下被退火，並且所述第二氣體流被輸送到一反應室中以在所述反應室內保持所述退火溫度，其特徵在於，所述第二氣體流包括選自空氣、氧氣、二氧化碳、氧化氣體、氮氣、惰性氣體、稀有氣體及其組合。
根據請求項1所述的氧化物材料，其中所述氧化物材料的固體顆粒在反應室內部存在第二氣體流的情況下被退火，並且透過連接到所述反應室的加熱元件來維持所述反應室內部的退火溫度，其特徵在於，所述第二氣體流包括選自空氣、氧氣、二氧化碳、氧化氣體、氮氣、惰性氣體、稀有氣體及其組合。
根據請求項1所述的氧化物材料，其中所述液體混合物在存在所述第一氣體流的情況下被乾燥，所述第一氣體流在一個乾燥室內被加熱到200℃或更高，並且所述第一氣體流被輸送到所述乾燥室內以保持所述乾燥室內維持在一乾燥溫度。
根據請求項1所述的氧化物材料，其中，所述液體混合物在所述乾燥室內被乾燥，並且所述乾燥室內的乾燥溫度通過連接到所述乾燥室內的所述加熱元件來保持。
一種氧化物材料，包括：一種摻雜有一種或多種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物材料(Li_xCo_yO_z‧doped Me1_a,Me2_b,Me3_c,…MeN_n)，其中x為0.9至1.1(0.9
x
1.1)，y為0.9至1.1(0.9
y
1.1)，z為1.8-2.2(1.8
z
2.2)，其中N
1，a、b、c、…、n均大於0且不大於0.05，並且從以下的一過程中獲得，所述過程包括：形成一種氣液混合物；乾燥所述氣液混合物，形成一種氣固混合物；將所述氣固混合物分離成一種氧化物材料的一個或多個固體顆粒；和將所述氧化物材料的一個或多個固體顆粒在400℃或更高的退火溫度下退火以獲得所述摻雜有一種或多種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物材料的結晶顆粒，其中所述摻雜有一種或多種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物材料的結晶顆粒在X光繞射(X-ray diffraction,XRD)圖顯示為LiCoO₂單相。
根據請求項14所述的氧化物材料，其中以獲得摻雜有至少一種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物材料的結晶顆粒(Li_xCo_yO_z‧doped Me_a)的所述過程，亦包括：調整一含鋰鹽、一含鈷鹽和一種或多種可溶於合適溶劑的含金屬摻雜劑的鹽的摩爾比M_LiSalt：M_CoSalt：M_Me1Salt：M_Me2Salt：M_Me3Salt：...M_MeNSalt為x：y：a：b：c：…n的比例，並形成一種液體混合物，其中所述一種或多種含金屬摻雜劑的鹽中的每一種選自第一含金屬鹽、第二含金屬鹽、第三含金屬鹽、…、第N含金屬鹽和它們的組合，其中所製造出的所述一種摻雜有一種或多種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物材料其欲得原子比Li：Co：Me1：Me2：Me3：…：MeN等於x：y：a：b：c：…n；將所述液體混合物透過一個霧生成器形成一種霧；將所述霧與一種氣體流混合以形成一種氣液混合物，其特徵在於，所述氣體流包括選自空氣、氧氣、二氧化碳、氮氣、氫氣、惰性氣體、稀有氣體及其組合的氣體；乾燥所述氣液混合物。
根據請求項15所述的氧化物材料，其中所述含鋰鹽選自硫酸鋰(Li₂SO₄)、硝酸鋰(LiNO₃)、碳酸鋰(Li₂CO₃)、乙酸鋰(LiCH₂COO)、氫氧化鋰(LiOH)、甲酸鋰(LiCHO₂)、氯化鋰(LiCl)及其組合，其中所述含鈷鹽選自硫酸鈷(CoSO4)、硝酸鈷(Co(NO3)2)、乙酸鈷(Co(CH2COO)2)、甲酸鈷(Co(CHO2)2)、氯化鈷(CoCl2)及其組合。
根據請求項14的氧化物材料，其中每種所述一種或多種金屬摻雜劑中的選自Al、Mg、Mn、Zr、Zn、Nb、La、Ce、Sn、Ga、Ba、Ac、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Fe、Cu、B、Ge、As、Hf、Mo、W、Re、Ru、Rh、Pt、Ag、Os、Ir、Au及其組合。
根據請求項14的氧化物材料，其中所述一種或多種含金屬摻雜劑的鹽中的每一種選自硝酸鎂Mg(NO₃)₂、乙酸鎂(MgAc、Mg(CH₃COO)₂)、鎂氯化鋁(MgCl₂)、硫酸鎂(MgSO₄)、甲酸鎂(C₂H₂MgO₄)、硝酸鋁(Al(NO₃)₃)、醋酸鋁(AlAc,C₆H₉AlO₆)、氯化鋁(AlCl₃)、硫酸鋁(Al2(SO₄)₃)，甲酸鋁(Al(HCOO)₃)，硫酸錳(MnSO₄)，硝酸錳(Mn(NO₃)₂)，乙酸錳(Mn(CH₂COO)₂)，甲酸錳(Mn(CHO₂)₂)，氯化錳(MnCl₂)、硝酸鋯(Zr(NO₃)₄)、醋酸鋯(C₈H₁₂O₈Zr)、氯化鋯(ZrCl₄)、硫酸鋯(Zr(SO₄)₂)、甲酸鋯(C₄H₄O₈Zr)、硫酸鎳(NiSO₄)、硝酸鎳(Ni(NO₃)₂)、乙酸鎳(Ni(CH₂COO)₂)、甲酸鎳(Ni(CHO₂)₂)、氯化鎳(NiCl₂)、硝酸氧鈦((TiO(NO₃)₂))、醋酸鈦、含鈉(Na)化合物、含鉀(K)化合物、含鈧(Sc)化合物、含鈮(Nb)化合物、含釹(Nd)化合物、含鑭(La)化合物、含鈰(Ce)化合物、含矽(Si)化合物、含銣(Rb)化合物、含釩(V)化合物、含銫(Cs)化合物、含鉻(Cr)化合物、含銅(Cu)化合物、含鋅(Zn)化合物、含錫(Sn)化合物、鎵(Ga)含化合物、含鋇(Ba)化合物、含錒(Ac)化合物、含鈣(Ca)化合物、含鐵(Fe)化合物、含硼(B)化合物、含鍺(Ge)化合物，含砷(As)化合物，含鉿(Hf)化合物，含鉬(Mo)化合物，含鎢(W)化合物，rh含鉺(Re)化合物、含釕(Ru)化合物、含銠(Rh)化合物、含鉑(Pt)化合物、含銀(Ag)化合物、含鋨(Os)化合物、含銥(Ir)化合物、含金(Au)化合物。
根據請求項14所述的氧化物材料，其中在形成所述霧之前調整所述含鋰鹽，所述含鈷鹽，和所述一種或多種含金屬摻雜劑鹽的摩爾比M_LiSalt：M_CoSalt：M_Me1Salt：M_Me2Salt：M_Me3Salt：…M_MeNSalt。
根據請求項14所述的氧化物材料，其中在形成所述霧的同時調整所述含鋰鹽，所述含鈷鹽，和所述一種或多種含金屬摻雜劑鹽的摩爾比M_LiSalt：M_CoSalt：M_Me1Salt：M_Me2Salt：M_Me3Salt：…M_MeNSalt。
根據請求項14所述的氧化物材料，其特徵在於，所述含鋰鹽和所述含鈷鹽可溶於一合適的溶劑形成所述液體混合物，所述合適的溶劑選自水、甲醇、異丙醇、有機溶劑、無機溶劑、硫酸(H₂SO₄)、檸檬酸(C₆H₈O₇)、乙酸(CH₃COOH)、丁酸(C₄H₈O₂)、乳酸(C₃H₆O₃)、硝酸(HNO₃)、鹽酸(HCl)、乙醇、吡啶、氨、丙酮及其組合。
一種氧化物材料，包括：一種摻雜有至少一種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物材料(Li_xCo_yO_z‧doped Me_a)，其中x為0.9至1.1(0.9
x
1.1)，y為0.9至1.1(0.9
y
1.1)，z為1.8至2.2(1.8
z
2.2)，其中0<a
0.05，由包括以下的方法獲得：調整一含鋰鹽、一含鈷鹽和至少一種含金屬摻雜劑鹽的摩爾比M_LiSalt：M_CoSalt：M_MeSalt為x：y：a的比例，並形成一種液體混合物，其中所述液體混合物包含：所述含鋰鹽；所述含鈷鹽；和所述至少一種含金屬摻雜劑的鹽，其中所製造出的所述摻雜有至少一種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物材料其欲得原子比Li：Co：Me等於x：y：a；將所述液體混合物透過一個霧生成器形成一種霧；將所述液體混合物的所述霧與一種氣體流混合以形成一種氣液混合物，其特徵在於，所述氣體流包括選自空氣、氧氣、二氧化碳、氮氣、氫氣、惰性氣體、稀有氣體及其組合的氣體；乾燥所述氣液混合物以形成一種氧化物材料的一個或多個固體顆粒；和將所述氧化物材料的一個或多個固體顆粒在400℃或更高的退火溫度下退火，以獲得所述摻雜有至少一種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物材料的結晶顆粒(Lix Coy Oz‧doped Mea)，其中所述摻雜有至少一種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物材料的結晶顆粒(Lix Coy Oz‧doped Mea)在X光繞射(X-ray diffraction,XRD)圖顯示為LiCoO₂單相。
根據請求項1所述的氧化物材料，所述一種摻雜有至少一種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物材料的振實密度(TD)為TD
2.1(g/cc)。
根據請求項1所述的氧化物材料，所述一種摻雜有至少一種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物材料在4.3伏特(voltage)電壓下所製造的電池單元的庫侖效率(CE)為CE
95.7%。
根據請求項1所述的氧化物材料，所述一種摻雜有至少一種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物材料在4.4伏特(voltage)電壓下所製造的電池單元的庫侖效率(CE)為CE
97%。
根據請求項1所述的氧化物材料，所述一種摻雜有至少一種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物材料在4.45伏特(voltage)電壓下所製造的電池單元的庫侖效率(CE)為CE
93.2%。
根據請求項1所述的氧化物材料，所述一種摻雜有至少一種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物材料在4.5伏特(voltage)電壓下所製造的電池單元的庫侖效率(CE)為CE
92.9%。
根據請求項1所述的氧化物材料，所述一種摻雜有至少一種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物材料在4.6伏特(voltage)電壓下所製造的電池單元的庫侖效率(CE)為CE
95.6%。
根據請求項1所述的氧化物材料，所述一種摻雜有至少一種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物材料在4.45伏特(voltage)電壓下的比電容量(specific capacity)初始放電電容量為
180.33mAh/g。
根據請求項1所述的氧化物材料，所述一種摻雜有至少一種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物材料在4.5伏特(voltage)電壓下的比電容量(specific capacity)初始放電電容量為
190.32mAh/g。
根據請求項1所述的氧化物材料，所述一種摻雜有至少一種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物材料在4.6伏特(voltage)電壓下的比電容量(specific capacity)初始放電電容量為
217.2mAh/g。
根據請求項1所述的氧化物材料，所述一種摻雜有至少一種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物材料，在X光繞射(X-ray diffraction,XRD)圖顯示c/a
4.990。
根據請求項1所述的氧化物材料，述一種摻雜有至少一種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物材料，在X光繞射(X-ray diffraction,XRD)圖顯示I(003)/I(104)
2.27。
根據請求項1所述的氧化物材料，所述一種摻雜有至少一種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物材料，在X光繞射(X-ray diffraction,XRD)圖顯示△2 θ[(012)-(006)]
0.663°。
根據請求項1所述的氧化物材料，所述一種摻雜有至少一種金屬摻雜劑的鋰鈷氧化物材料，在X光繞射(X-ray diffraction,XRD)圖顯示△2 θ[(110)-(018)]
0.915°。
根據請求項1所述的氧化物材料，所述鋰鈷氧化物材料，在X光繞射(X-ray diffraction,XRD)圖顯示(003)峰的半峰全寬(FWHM)
0.09°。
根據請求項1所述的氧化物材料，所述鋰鈷氧化物材料，在X光繞射(X-ray diffraction,XRD)圖顯示出(0104)峰的半峰全寬(FWHM)
0.07°。