包括富锂锰的镍、锰、钴组分和锂铁锰磷酸盐组分的电极

摘要

电极包括畴材料，该畴材料的存在量基于电极的总重量为约90至约95重量％。畴材料包括具有以下分子式的组分：xLi2MnO3·(1‑x)LiNiaMnbCo(1‑a‑b)O2，其中x大于0且小于1，并且a和b各自独立地为约0.1至约0.9且该组分的存在量为基于该畴材料的总重量的约50至约90重量％。畴材料还包括具有分子式LiFe1‑yMnyPO4的添加剂组分，其中y大于0且小于1，其中添加剂组分的存在量为基于该畴材料的总重量的约10至约50重量％。电极本身还包括碳质材料和粘合剂。

说明书

技术领域

该技术领域总体上涉及Li-Mn电极，并且更特别地涉及包括富含锂-锰的镍、锰、钴(LMRNMC)组分和Li-Fe-Mn-PO(LFMP)组分的阴极。

背景技术

锂电池通过产生通常小于或等于约4.0伏的放电电压来提供能量密度。然而，这些电池倾向于遭受有限的循环寿命、电压衰减和有限的速率能力。此外，在高电压下，这些电池中使用的典型电解质会分解并限制电池的寿命。例如，电极和电解质之间的寄生反应倾向于在高压和/或高温下发生。这限制了电化学性能。

因此，已经提出了用于这种锂电池的富镍组合物(composition)，例如NMC622或NMC811组合物。尽管这些组合物有望产生具有显著能量密度的细胞，但与循环寿命相关的问题仍有待充分解决。例如，富镍组合物，特别是那些超过约60重量％的镍，仍然面临重大挑战。为了充分利用这种阴极在高容量和电化学电势(相对于Li/Li

替代方案通常由两组分的“分层-分层”(LL)表示法表示。有些可以在重复循环时提供高容量(capacity)。然而，与上述LMRNMC组合物一样，氧亚晶格不稳定性也起作用。具体来说，对于高容量组件(component)，需要通过包含氧的活化过程来获得约4.4V(Li/Li

因此，期望开发一种具有改善的循环寿命，减少的电压衰减和增加的速率能力的电极。此外，结合附图以及前述技术领域和背景技术，根据随后的详细描述和所附权利要求，本公开的其他期望特征和特性将变得显而易见。

发明内容

在本公开中提供一种电极。在一实施例中，电极包括畴(domain)材料，该畴材料的存在量为基于电极的总重量的约90至约95重量％。畴材料包括具有以下分子式的富锂锰的镍、锰、钴组分：xLi

在一个实施例中，电极具有表面并且还包括布置在该表面上的涂层和/或电极包括布置在畴材料上的涂层，其中一个或两个涂层独立地包括SiO

在另一个实施例中，电极具有表面并且还包括布置在该表面上的涂层，其中该涂层包括SiO

在另一个实施例中，电极还包括布置在畴材料上的涂层，其中该涂层包括SiO

在另一个实施例中，富锂锰的镍、锰、钴组分的存在量为基于畴材料的总重量的约75至约85重量％。

在另一个实施例中，添加剂组分的存在量为基于畴材料的总重量的约15至约25重量％。

在另一个实施例中，富锂锰的镍、锰、钴组分的存在量为基于畴材料的总重量的约75至约85重量％，并且添加剂组分的存在量为基于畴材料的总重量的约15至约25重量％。

在相关的实施例中，x为约0.25至约0.50，a为约0.35至约0.40，b为约0.35至约0.40，并且y为约0.4至约0.6。

在另一个相关的实施例中，x为约0.25，a为约0.375，b为约0.375，并且y为约0.4至约0.6。

在另一个相关的实施例中，碳质材料选自炭黑、碳纳米管、石墨烯及其组合，并且基于电极的总重量以约1.5至约2.5重量％的量存在，以及其中粘合剂选自聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯及其组合，并且基于电极的总重量以约1.5至约2.5重量％的量存在。

在另一个相关的实施例中，基于畴材料的总重量，畴材料中掺杂有铝和/或镁的量为约1至约5重量％。

在另一个实施例中，x为约0.25至约0.50，a为约0.35至约0.40，b为约0.35至约0.40，并且y为约0.4至约0.6。

在另一个实施例中，电极基本上由以下组成：

畴材料，该畴材料的存在量为基于电极的总重量的约90％至约99％，并且包括：

具有以下分子式的富锂锰的镍、锰、钴组分：xLi

具有分子式LiFe

碳质材料；和

粘合剂，

其中碳质材料和粘合剂的结合量为基于电极的总重量的约1至约10重量％，和

其中电极的负载范围为约3至约5mAh/cm

在相关的实施例中，上述电极具有表面，并且还包括布置在该表面上的涂层和/或电极包括布置在畴材料上的涂层，其中一个或两个涂层包括AlF3，并且存在的总量为基于电极的总重量的小于1重量％。

在另一个相关的实施例中，富锂锰的镍、锰、钴组分的存在量为基于畴材料的总重量的约75至约85重量％，并且添加剂组分的存在量为基于畴材料的总重量的约15至约25重量％。

在另一个相关的实施例中，x为约0.25至约0.50，a为约0.35至约0.40，b为约0.35至约0.40，并且y为约0.4至约0.6。

在另一个相关的实施例中，x为约0.25，a为约0.375，b为约0.375，并且y为约0.4至约0.6。

在另一个相关的实施例中，碳质材料选自炭黑、碳纳米管、石墨烯及其组合，并且基于电极的总重量以约1.5至约2.5重量％的量存在，并且其中粘合剂选自聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯及其组合，并且基于电极的总重量以约1.5至约2.5重量％的量存在。

在另一个相关的实施例中，畴材料中掺杂有铝和/或镁的量为基于畴材料的总重量的约1至约5重量％。

在另一个实施例中，前述电极由畴材料、炭质材料、粘合剂和涂层组成。

附图说明

在下文中，将结合以下附图描述示例性实施例，其中，相同的附图标记表示相同的元件，并且在附图中：

图1A是dQ/dV(20)作为电压对Li/Li

图1B是dQ/dV(22)作为电压对Li/Li

图2是强度(26)作为2-θ(28)的函数的x射线衍射图，确认了其中L:LLO、S:尖晶石和R:岩盐的示例中富含锂锰的镍、锰、钴(LMRNMC)组分0.25Li

图3A是容量(mAh/g)(30)作为循环寿命(32)的函数的图，其示出了示例的前述LMRNMC组分在2.5-4.3V下的放电容量保持率(D)和电化学性能速率，在该示例中Li

图3B是归一化电压(V)(34)作为循环次数(36)的函数的图，其示出了归一化电压(V)作为循环次数和示例的上述LMRNMC组分的电化学性能(电压衰落/衰减)的函数，在该示例中Li

图3C是电压(V)(38)作为容量(mAh/g)(40)和示例的上述LMRNMC组分的电化学性能(电压衰落/衰减(E)和活化(F))的函数的图，在该示例中Li

图3D是容量(mAh/g)(42)作为循环次数(44)的函数的图，其示出了示例的上述LMRNMC组分在2.5-4.45V下的容量保持率和电化学性能速率，在示例中Li

图3E是归一化电压(46)作为循环次数(48)的函数的图，其示出了示例的上述LMRNMC组分在3.85-3.4V下的电化学性能(电压衰落/衰减)，在该示例中Li

图3F是电压(V)(50)作为容量(mAh/g)(52)和示例的上述LMRNMC组分的电化学性能(电压衰落/衰减)的函数的图，在该示例中Li

图4A是强度(54)作为2-θ(56)的函数的X射线衍射图，其确认了该示例的锂-锰-铁-磷酸盐(LMFP)添加剂组分LiFe

图4B是容量(mAh/g)(58)作为循环次数(62)和中压(V)(H)的函数的图，其示出了上述LMFP添加剂组分的容量(G)保持；

图4C是在各种速率/电流(C)下电压(V)(64)作为容量(mAh/g)(66)的函数的曲线图，其示出上述LMFP添加剂组分的较少的电压衰减和电压平稳期；

图5A是用于上述LMFP添加剂组分的容量(mAh/g)(68)作为循环次数(70)的函数的图；

图5B是用于上述LMFP添加剂组分的归一化电压(V)(72)作为循环次数(74)的函数的图，其中图5A/B示出了良好的循环寿命、在500次循环中约98％的容量保持，以及在500次循环中从4.0V下降到3.88V的稳定的高归一化电压；

图6A是容量(mAh/g)(76)作为两个示例的循环次数(78)的函数的图，所述两个示例包括在4.45V(I)下的70％的上述LMRNMC组分+30％的上述LMFP添加剂组分和50％的上述LMRNMC组分+50％的上述LMFP添加剂组分(J)，每个都处于4.45伏上截止电压(cutoff)；

图6B是归一化电压(V)(80)作为两个示例的循环次数(82)的函数的图，该两个示例包括70％的上述LMRNMC组分+30％的上述LMFP添加剂组分(K)和50％的上述LMRNMC组分+50％的上述LMFP添加剂组分(M)，每个都处于4.45伏上截止电压；

图7A是具有20μm厚的沸石涂层(N)的50％富Li的NMC+50％LMFP电极以及无任何涂层(P)的50％富Li的NMC+50％LMFP电极的归一化电压(V)(84)作为循环寿命(86)的函数的图；和

图7B是在4.45V下具有20μm厚的沸石涂层(Q)的上述50％LMRNMC组分+50％LMFP添加剂组分电极(Q)以及在4.45V下没有任何涂层(T)的上述50％LMRNMC组分+50％LMFP添加剂组分电极的容量(mAh/g)(88)作为循环次数(90)的函数的图。

具体实施方式

以下详细描述本质上仅是示例性的，并不旨在限制应用和使用。此外，无意于受到在先前技术领域、背景技术、发明内容或以下详细描述中提出的任何明示或暗示的理论的约束。

在各个实施例中，本公开描述了一种新的阴极设计，该阴极设计用于延长循环寿命，降低电池成本并改善当前EV电池的快速充电能力。在这样的实施例中，低成本且高容量的富含锂锰的镍、锰、钴(LMRNMC)氧化物组合物被合成并被选择主要的阴极材料，以代替传统的富含镍的镍、锰、钴(NMC)组合物。

另外，以下描述了减轻LMRNMC的典型电压衰减的新策略。第一种策略包括将LMRNMC与锂锰磷酸铁(LMFP)添加剂组分混合，其可以具有4V的电压平稳期(Mn

富锂和富锰的镍锰钴(LMRNMCs)氧化物组分可以表示为两组分分子式，例如xLi

与商业化的NMC阴极相比，LMRNMC表现出更高的初始容量和归一化电压，从而提高了能量密度。但是，在循环时，LMRNMC示出电压滞后，而NMC示出更好的稳定性。电压滞后(hysteresis)将导致快速的能量密度衰减。

在各个实施例中，本公开提供了一种电极，其包括畴材料、碳质材料和粘合剂。预期电极可以是任何类型的。在一个实施例中，电极进一步定义为阴极。电极可以是，包括，畴材料、碳质材料和粘合剂，基本上由其组成或由其组成。还可以预期，电极可以是，包括，畴材料、碳质材料、粘合剂，以及涂层和/或掺杂剂，基本上由其组成或由其组成，下面分别对其中的每个进行详细描述。术语“基本上由……组成”描述了各种实施例，其不含本文未描述的替代畴材料和/或本文未描述的碳质材料和/或本文未描述的粘合剂和/或未包含的掺杂剂，和/或在此未描述的涂层。还可以预期，电极可以不含下文所述的任何一种或多种特定组分，只要该电极仍包括畴材料、碳质材料和粘合剂即可。

在各个实施例中，电极的负载范围为约3至约5mAh/cm

畴材料在电极中的存在量基于电极的总重量为约90至约99重量％。在各种实施例中，畴材料基于电极的总重量以约91至约98、约92至约97、约93至约96、约94至约95、约90至约95、约91至约94、约92至约93或约91、92、93、94、95、96、97、98或99重量％的量存在。在各种非限制性实施例中，在此明确地考虑将所有数值和数值的范围，包括整数和分数，包括上述数值和介于数值之间的数值和数值范围用于本文。

畴材料可以是，包括，(1)，富含锂锰、镍、锰、钴(LMRNMC)的组分和(2)添加剂的组分，基本上由其组成或由其组成。LMRNMC组分可以进一步描述为氧化物组分。LMRNMC组分具有分子式：xLi

LMRNMC组分和添加剂组分的组合可以形成也描述为LL结构的分层-分层结构或也描述为LLS结构的分层-分层-尖晶石结构。可以使用各种分析技术在完成的/一体式电极中检测这些结构，包括但不限于X射线衍射、扫描电子显微镜等。例如，可以使用TEM、XAS、ICP-MS或ICP-OES方法。而且，典型地，为了形成电极，使用任何方法将所有组分混合或以其他方式组合。

现在参考LMRNMC组分，该组分在畴材料中的存在量为基于畴材料的总重量的约50至约90重量％。在各个实施例中，LMRNMC组分的存在量为基于畴材料的总重量的约55至约85，约60至约80，约65至约75，约70至约75，约80至约90，约80至约85，约85至约90，或约50、55、60、65、70、75、80、85或90重量％。在各种非限制性实施例中，在此明确地考虑将所有数值和数值的范围，包括整数和分数，包括上述数值和介于数值之间的数值和数值范围用于本文。电极不包含大于约90重量％的LMRNMC组分的原因是因为该组分与下面更详细描述的添加剂组分结合，这导致示例中描述的优异和出乎意料的结果。

LMRNMC组分具有分子式xLi

而且，a和b中的每一个可以独立地为约0.1至约0.9，约0.15至约0.85，约0.2至约0.8，约0.25至约0.75，约0.3至约0.7，约0.35至约0.65，约0.4至约0.6，约0.45至约0.55，约0.45至约0.5，约0.5至约0.55，约0.25至约0.75，约0.25至约0.5，约0.5至约0.75或约0.05，约0.1，约0.15，约0.2，大约0.25，大约0.3，大约0.35，大约0.375，大约0.4，大约0.45，大约0.5，大约0.55，大约0.6，大约0.65，大约0.7，大约0.75，大约0.8，大约0.85或大约0.9。在各种非限制性实施例中，在此明确地考虑将所有数值和数值的范围，包括整数和分数，包括上述数值和介于数值之间的数值和数值范围用于本文。

在一个实施例中，LMRNMC组分具有分子式0.25Li

LMRNMC组分可以根据本领域的任何方法合成。在一个实施例中，根据下式合成LMRNMC组分：

Na

Mn

Mn

Li

0.25Li

这种LMRNMC组分的合成在示例中进一步描述，并且可以通过X射线衍射，例如如图2所述的，进行确认。图2是强度(26)作为2-θ(28)的函数的x射线衍射图，其确认了其中L:LLO、S:尖晶石和R:岩盐的示例的富锂锰的镍，锰，钴(LMRNMC)组分0.25Li

回头参照，添加剂组分通常具有磷酸-橄榄石结构。矿物橄榄石是分子式为(Mg

预期y可以是大于零且小于约1的任何值。在各个实施例中，y为约0.01至约0.99，约0.05至约0.95，约0.1至约0.9，约0.15至约0.85，约0.2至约0.8，约0.25至约0.75，约0.3至约0.7，约0.35至约0.65，约0.4至约0.6，约0.45至约0.55，约0.45至约0.5，约0.5至大约0.55，大约0.25至大约0.75，大约0.25至大约0.5，大约0.5至大约0.75或大约0.05，大约0.1，大约0.15，大约0.2，大约0.25，大约0.3，大约0.35，大约0.4，大约0.45，大约0.5，约0.55，约0.6，约0.65，约0.7，约0.75，约0.8，约0.85，约0.9，约0.95或约0.99。在各种非限制性实施例中，在此明确地考虑将所有数值和数值的范围，包括整数和分数，包括上述数值和介于数值之间的数值和数值范围用于本文。

添加剂组分在畴材料中的存在量为基于畴材料总重量的约10％至约50％。通常，该重量与LMRNMC组分的重量之和等于畴材料的100wt％。值得注意的是，畴材料整体上不占电极的100wt％。在各种实施例中，添加剂组分以基于畴材料的总重量的约15至约45，约20至约40，约25至约35，约30至约35，约10至约20，约10至约15，约15至约20，或约10、15、20、25、30、35、40、45或50重量％的量存在。在各种非限制性实施例中，在此明确地考虑将所有数值和数值的范围，包括整数和分数，包括上述数值和介于数值之间的数值和数值范围用于本文。

在一个实施例中，基于畴材料的总重量，LMRNMC组分的存在量为约75至约85重量％。在另一个实施例中，基于畴材料的总重量，添加剂组分的存在量为约15至约25重量％。在另一个实施例中，基于所述畴材料的总重量，LMRNMC组分的存在量为约75至约85重量％，并且基于所述畴材料的总重量，所述添加剂组分的存在量为约15至约25重量％。在各种非限制性实施例中，在此明确地考虑将所有数值和数值的范围,包括整数和分数，包括上述数值和介于数值之间的数值和数值范围用于本文。

在其他实施例中，x为约0.25至约0.50，a为约0.35至约0.40，b为约0.35至约0.40，并且y为约0.4至约0.6。在另一个实施例中，x为约0.25，a为约0.375，b为约0.375，并且y为约0.4至约0.6。在各种非限制性实施例中，在此明确地考虑将所有数值和数值的范围，包括整数和分数，包括上述数值和介于数值之间的数值和数值范围用于本文。

在另一个实施例中，基于畴材料的总重量，畴材料中掺杂有铝和/或镁的量为约1至约5重量％。铝和/或镁可以是任何类型的，例如元素铝和/或镁。类似地，基于畴材料的总重量，掺杂剂的量可以为约1.5至约4.5，约2至约4，约2.5至约3.5，约3至约4或约1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5或5(重量)％。可以将掺杂剂添加到LMRNMC组分、添加剂组分、或者既添加到LMRNMC组分又添加到添加剂组分。可替代地，可以将掺杂剂独立于LMRNMC组分和添加剂组分添加到畴材料中。在各种非限制性实施例中，在此明确地考虑将所有数值和数值的范围，包括整数和分数，包括上述数值和介于数值之间的数值和数值范围用于本文。

电极还包括碳质材料。碳质材料没有特别限制并且可以是任何类型的。在各种实施例中，碳质材料选自炭黑、碳纳米管、石墨烯及其组合。此外，在各种实施例中，基于电极的总重量，碳质材料的存在量为约0.1至约9.9，约0.5至约9.5，约1至约9，约1.5至约8.5，约2至约8，约2.5至约7.5，约3至约7，约3.5至约6.5，约4至约6，约4.5至约5.5，约4.5至约5，约1.5至约2.5或约0.1、0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5或9.9％(重量)。在各种非限制性实施例中，在此明确地考虑将所有数值和数值的范围，包括整数和分数，包括上述数值和介于数值之间的数值和数值范围用于本文。

电极还包含粘合剂。粘合剂没有特别限制并且可以是任何类型的。在各种实施例中，粘合剂选自聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯及其组合。此外，在各种实施例中，基于电极的总重量，粘合剂的存在量为约0.1至约9.9，约0.5至约9.5，约1至约9，约1.5至约8.5，约2至约8，约2.5至约7.5，约3至约7，约3.5至约6.5，约4至约6，约4.5至约5.5，约4.5至约5，约1.5至约2.5或约0.1、0.5、1、1.5、2、2.5、3，3.5，4，4.5，5，5.5，6，6.5，7，7.5，8，8.5，9，9.5或9.9％重量。在各种非限制性实施例中，在此明确地考虑将所有数值和数值的范围，包括整数和分数，包括上述数值和介于数值之间的数值和数值范围用于本文。

选择粘合剂和碳质材料两者的重量百分比，使得碳质材料和粘合剂以基于电极总重量的约1至约10重量％的组合量存在。此外，在各种实施例中，基于电极的总重量，碳质材料和粘合剂的组合的存在量为约0.1至约9.9，约0.5至约9.5，约1至约9，约1.5至约8.5，约2至约8，约2.5至约7.5，约3至约7，约3.5至约6.5，约4至约6，约4.5至约5.5，约4.5至约5，约1.5至约2.5或约0.1、0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5或9.9重量％。在各种非限制性实施例中，在此明确地考虑将所有数值和数值的范围，包括整数和分数，包括上述数值和介于数值之间的数值和数值范围用于本文。

在一个实施例中，碳质材料选自炭黑、碳纳米管、石墨烯及其组合，并且基于电极的总重量以约1.5至约2.5重量％的量存在。在同一实施例中，粘合剂选自聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯及其组合，并且基于电极的总重量以约1.5至约2.5重量％的量存在。

在各种实施例中，电极具有表面并且还包括布置在该表面上的涂层和/或电极包括布置在畴材料上的涂层。术语“布置在...上”可以描述涂层被布置在表面和/或畴材料上并与之直接接触，或者可以描述涂层被布置在例如表面和/或畴材料上并与之分开，例如如果在它们之间布置有中间层。还可以预期，涂层可以布置在表面或畴材料上并与之直接接触，并且可以布置在表面或畴材料中的另一个上并与之分开。

涂层本身没有特别限制并且可以是任何类型的。在各种实施例中，前述涂层中的一个或两个可以独立地包括SiO

可以通过包括但不限于浆料涂覆、湿化学反应或气相沉积的任何技术将涂层施加或布置在表面和/或畴材料上。气相沉积可进一步限定为化学气相沉积、物理气相沉积、原子层沉积或分子气相沉积或其组合。

典型地，如果存在的话，基于电极的总重量，涂层的存在量小于约1重量％，例如1、0.5、0.1、0.05或0.01重量％。在各种实施例中，布置在电极表面上的涂层的量为约18mg/cm

在其他实施例中，电极基本上由以下组成或由以下组成：畴材料以基于电极的总重量的约90至约99wt％的量存在，并且包括富锂锰的镍、锰钴组分，其具有以下分子式：xLi

在相关的实施例中，电极具有表面并且还包括布置在该表面上的涂层和/或电极包括布置在畴材料上的涂层，其中一个或两个涂层包括AlF 3并以总量存在小于基于电极总重量的1重量％。

在另一个相关的实施例中，基于畴材料的总重量，LMRNMC组分的存在量为约75至约85重量％，并且添加剂组分的存在量为基于畴材料的总重量的约15至约25重量％。

在其他相关的实施例中，x为约0.25至约0.50，a为约0.35至约0.40，b为约0.35至约0.40，并且y为约0.4至约0.6。替代地，

x为约0.25，a为约0.375，b为约0.375，并且y为约0.4至约0.6。

在其他相关的实施例中，碳质材料选自炭黑、碳纳米管、石墨烯及其组合，并且基于电极的总重量以约1.5至约2.5重量％的量存在，并且其中粘合剂选自聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯及其组合，并且基于电极的总重量以约1.5至约2.5重量％的量存在。

在其他相关的实施例中，基于畴材料的总重量，畴材料中掺杂有铝和/或镁的量为约1至约5重量％。

本公开还提供了一种包括前述电极的电池。电池可以是任何类型的。本公开进一步提供了一种车辆，其包括上述电池和/或电极。车辆没有特别限制，并且可以是任何车辆，例如汽车、飞机、火车、建筑车辆、轮船等。

根据近似的以下分子式合成LMRNMC组分：

Na

Mn

Mn

Li

0.25Li

LMFP添加剂组分是商业购买的，并且具有分子式LiFe

形成后，形成一系列电极：

电极1：100重量％LMRNMC组分＝电极的95重量％；

2.5重量％炭黑(Super P)；和

2.5重量％的聚偏二氟乙烯(PVDF)。

电极2：100重量％LMFP添加剂组分＝电极的95重量％；

2.5重量％的炭黑(Super P)；和

2.5重量％的聚偏二氟乙烯(PVDF)。

电极3：70重量％的LMRNMC组分+30重量％的LMFP添加剂组分＝95重量％的电极；

2.5重量％炭黑(Super P)；和

2.5重量％的聚偏二氟乙烯(PVDF)。

电极4：50重量％的LMRNMC组分+50重量％的LMFP添加剂组分＝电极的95重量％。

2.5重量％的炭黑(Super P)；和

2.5重量％的聚偏二氟乙烯(PVDF)。

(在电极表面上没有布置沸石涂层。)

电极5：50重量％的LMRNMC组分+50重量％的LMFP添加剂组分＝电极的95重量％。

2.5重量％的炭黑(Super P)；

2.5重量％的聚偏二氟乙烯(PVDF)；和

电极表面布置有20μm厚的沸石涂层。

在压延至25％的孔隙率之后，每个电极的面积负荷为3mAh/cm

电解质的制备：用在氟化碳酸亚乙酯/碳酸甲乙酯中的1.2M六氟磷酸锂盐(LiPF

纽扣电池制备：将2032型纽扣电池用于电池测试。

使用日立S-4800-II显微镜通过扫描电子显微镜(SEM)检查收集的电极的形貌。

使用X射线衍射评估电极1的100wt％LMRNMC组分以确认其化学特性。结果在图2中描述，其是强度(26)作为2-θ(28)的函数的x射线衍射图，其确认了其中L:LLO、S:尖晶石和R:岩盐的示例的富锂锰的镍、锰、钴(LMRNMC)组分0.25Li

还评估了电极1的100wt％LMRNMC组分，以确定在2.5-4.3V下的容量(mAh/g)、循环寿命、容量保持和的电化学性能速率。为了进行这些评估，电极1在4.3V下具有180mAh/g的高初始容量，和在3.8V(NCM622 3.7V)下的高归一化电压。结果示于图3A。图3A是容量(mAh/g)(30)作为循环寿命(32)的图，其示出了示例的前述LMRNMC组分的放电容量保持率(D)和2.5-4.3V下的电化学性能的速率，在该示例中Li

还评估了电极1的100wt％LMRNMC组分，以确定LAND循环仪上的容量、循环寿命、归一化电压(V)、循环次数和电化学性能(电压衰落/衰减)。为了进行这些评估，电极1在4.3V下具有180mAh/g的高初始容量，和在3.8V(NCM622 3.7V)下的高归一化电压。结果示于图3B中。图3B是归一化电压(V)作为循环次数(36)的函数的图，其示出了归一化电压(V)作为循环次数和示例的上述LMRNMC组分的电化学性能(电压衰落/衰减)的函数，在该示例中Li

还评估了电极1的100wt％LMRNMC组分，以确定LAND循环仪上的电压(V)、容量(mAh/g)和电化学性能(电压衰落/衰减)。为了进行这些评估，电极1在4.3V下具有180mAh/g的高初始容量，和在3.8V(NCM6223.7V)下的高归一化电压。结果示于图3C。图3C是电压(V)(38)作为容量(mAh/g)(40)和示例的上述LMRNMC组分的电化学性能(电压衰落/衰减(E)和活化(F))的函数的图，在示例中Li

还评估了电极1的100wt％LMRNMC组分，以确定在LAND循环仪上在2.5-4.45V下的容量(mAh/g)、循环寿命、容量保持率和电化学性能速率。为了进行这些评估，电极1在4.3V下具有200mAh/g的高初始容量，和在约3.85V(NCM622 3.8V)下的高归一化电压。结果示出在图3D中。图3D是容量(mAh/g)(42)作为循环次数(44)的函数的图，其示出了示例的上述LMRNMC组分的在2.5-4.45V下的容量保持率和电化学性能速率，在该示例中Li

还评估了电极1的100wt％LMRNMC组分，以确定在3.85-3.4V下的容量、循环寿命、标称电压(V)、循环次数和电化学性能(电压衰落/衰减)。为了进行这些评估，电极1在4.3V下具有200mAh/g的高初始容量，和在约3.85V(NCM622 3.8V)下的高归一化电压。结果示于图3E中。图3E是归一化电压(46)作为循环次数(48)的函数的图，其示出了示例的上述LMRNMC组分的在3.85-3.4V下的电化学性能(电压衰落/衰减)，在所述示例中Li

还评估了电极1的100wt％LMRNMC组分，以确定电压(V)、容量函数(mAh/g)和电化学性能(电压衰落/衰减)。为了进行这些评估，电极1在4.3V下具有200mAh/g的高初始容量，和在约3.85V(NCM622 3.8V)下的高归一化电压。结果示于图3F。图3F是电压(V)(50)作为容量(mAh/g)(52)和示例的上述LMRNMC组分的电化学性能(电压衰落/衰减)的函数的图，在该示例中Li

图3A示出了在2.5V至4.3之间的工作电压下所制备的电极1的速率性能和容量保持率。180mAh/g的初始容量和67％的5C至1C速率容量保持率得以实现。图3B示出了图3A中描述的电池的归一化电压图。归一化电压在循环期间会略有下降，特别是在高工作速率下。图3C示出了该电池的电压图，循环期间的电压平稳期衰减也可以指示电压衰减。

图3D至F示出了在2.5V至4.45V之间的工作电压下，带有电极1阴极的电池的容量保持率、归一化电压和电压曲线。截止电压较高的电池示出较高的初始容量、200mAh/g以及较高的能量密度。但是，高电压操作会触发电极表面的蠕动反应(peristatic reaction)，例如电解质分解、过渡金属溶解、晶格中O的损失和晶体结构的重建。结果，在该高工作电压窗口下观察到严重的电压衰减。

诸如Li

使用X射线衍射评估电极2的100wt％LMFP添加剂组分，以确认其化学特性。结果示于图4A。图4A是强度(54)作为2-θ(56)的函数的X射线衍射图，其确认了该示例的锂锰锰铁磷酸盐(LMFP)添加剂组分LiFe1-yMnyPO4的特性，其中y约为0.4至约0.6。X射线衍射分析是通过具有Cu靶的Bruker D8 XRD进行的。扫描范围是15至80度之间的2θ，扫描速度为2度/分钟。

还评估了电极2的100wt％LMFP添加剂组分，以确定容量(mAh/g)、循环次数和中压(V)，从而示出容量保持率。结果示于图4B中。图4B是容量(mAh/g)(58)作为循环次数(62)和中压(V)(H)的函数的图，其示出了上述LMFP添加剂组分的容量(G)保持率。

还评估了电极2的100wt％LMFP添加剂组分，以确定各种速率/电流(C)下的电压(V)和容量(mAh/g)，其示出较小的电压衰减和上述LMFP的电压平稳度，如与电极1进行比较。结果示出在如图4C中。图4C是在各种速率/电流(C)下电压(V)(64)作为容量(mAh/g)(66)的函数的图，其示出了较小的电压衰减和上述LMFP添加剂组分的电压平稳期。

还评估了电极2的100wt％的LMFP添加剂组分，以确定作为循环次数(70)的函数的容量(mAh/g)(68)。结果示于图5A。

还评估了电极2的100wt％LMFP添加剂组分，以确定归一化电压(V)(72)作为循环次数(74)的函数。结果示于图5B中。

图5A/B示出了良好的循环寿命，在500个循环中约98％的容量保持率，并且稳定的高归一化电压示出在500个循环内从4.0V下降到3.88V。

LMFP示出与其商业上建议的晶格结构相匹配的XRD图案。基于容量保持率和归一化电压图，使用LMFP制成的电极2具有良好的容量和电压稳定性。结果，减轻由LMRNMC引起的电压衰减可能是很好的阴极添加剂候选物。

评估电极3和4以确定容量(mAh/g)作为在4.45V下循环次数的函数。结果示于图6A中。图6A是容量(mAh/g)(76)作为两个示例的循环次数(78)的函数的图，该两个示例包括在4.45V(I)下70％的上述LMRNMC组分+30％的LMFP添加剂组分和50％的上述LMRNMC组分+50％的上述LMFP添加剂组分(J)，各自的上限截止电压(cutoff、上限截止电压，上限电压，上截止电压)为4.45V。

还对电极3和4进行评估，以确定归一化电压(V)作为循环次数的函数，每个都在4.45V的上截止电压下。结果示于图6B中。图6B是归一化电压(V)(80)作为两个示例的循环次数(82)的函数的图，该两个示例包括70％的上述LMRNMC组分+30％的上述LMFP添加剂组分(K)和50％的上述LMRNMC组分+50％的上述LMFP添加剂组分(M)，各自在4.45V上截止电压下。

前述分析表明，添加到电极中的LMPF越多，在循环期间可获得的电压和容量稳定性越好。

评估电极4和5以确定作为循环寿命的函数的归一化电压(V)，从而表明与未涂覆的电极4相比，在电极5上的20μm厚的沸石涂层的作用。结果示出在图7A中。图7A是具有20μm的沸石涂层(N)的50％的富LiNMC+50％的LMFP电极和无任何涂层(P)的50％的富锂NMC+50％LMFP电极的归一化电压(V)(84)作为循环寿命(86)的函数的图。

还评估了电极4和5，以确定容量(mAh/g)作为在4.45V下循环次数的函数。结果示于图7B中。图7B是在4.45V下具有20μm厚的沸石涂层(Q)的上述50％LMRNMC组分+50％LMFP添加剂组分电极(Q)以及在4.45V下没有任何涂层(T)的上述50％LMRNMC组分+50％LMFP添加剂组分电极的容量(mAh/g)(88)作为循环次数(90)的函数的图。

前述分析表明，在混合的NMC/LMFP上使用涂层可以帮助改善和稳定电极的循环性。

尽管在以上详细描述中已经呈现了至少一个示例性实施例，但是应当理解，存在大量的变型。还应当理解，一个或多个示例性实施例是示例，并且无意以任何方式限制本公开的范围、适用性或配置。相反，前述详细描述将为本领域技术人员提供用于实施一个或多个示例性实施例的便利路线图。应当理解，在不脱离如本申请及其合法等同物所阐述的本公开的范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。