烧结阴极活性材料元件及其方法

援引加入任何优先申请

根据37CFR 1.57和细则4.18和20.6援引加入在与本申请一起提交的请求书中指定的外国或本国优先权要求的任何和所有申请，比如2020年9月22日提交的美国临时申请号63/081,470。

技术领域

本公开一般涉及电极活性材料及其形成工艺。更具体地，本公开涉及用于锂离子电池的金属氧化物阴极材料的形成。

背景技术

金属氧化物阴极活性材料的煅烧通常涉及在高温处通过大型辊底窑烘烤粉末形式的材料以实现目标材料性质。这种高温工艺始于锂化合物与金属前体混合以形成粉末混合物。粉末通常装在装料容器(即大型陶瓷坩埚)中，其然后被馈送到长的高温窑炉中，总停留时间超过12小时。保持阴极前体粉末的装料容器的示例示意图示在图1中被示出，其中阴极粉末高度约为80mm，并且体积密度大约为0.9kg/m

然而，由于通常所使用的辊底窑(RHK)的资本成本最高、能量消耗最高且停留时间长，因此煅烧工艺在所有工艺之中占据制造成本的最高部分。于是，将这些窑炉的产量最大化对于降低阴极生产的资本和运营成本至关重要。

此外，装料容器本身给煅烧工艺带来效率低下。RHK的装料容器的标准维度是100mm x 330mm x 330mm(高x宽x长)，其中可用高度≤80mm，并且每个装料容器的总重量超过5kg。粉末混合物的典型体积密度大约为0.9g/cm

如此，装料容器具有许多固有的低效率，包括：1)由于粉末停滞在坩埚中，所以传热系数和传质系数低，从而进一步增加了在窑炉中所需的停留时间；2)通常延长窑炉的出口处的冷却时间以防止装料容器开裂并延长装料容器寿命；3)耗材成本高，因为装料容器通常在使用1-2周之后需要进行更换；以及4)装料容器处理和检查系统资本密集度高并且可能是频繁停机的原因。

此外，煅烧可以包括进一步处理以便改善活性材料的结晶度。活性材料的改善的结晶度通常与改进的储能设备性能相关，但是为获得改善的结晶度而进行的进一步处理给制造工艺带来了附加的低效率。

发明内容

为了总结本公开和相对于现有技术所实现的优点，本文描述了本公开的某些目的和优点。并非所有这些目的或优点都可以在任何特定实施例中被实现。因此，例如，本领域的技术人员将意识到，本发明可以以实现或优化本文教导的一个优点或一组优点的方式来被体现或执行，而不必实现可能本文教导或建议的其他目的或优点。

所有这些实施例旨在落入本文所公开的本发明的范围内。根据参考附图对优选实施例的以下详细描述，这些和其他实施例对于本领域技术人员而言将变得显而易见，本发明不限于所公开的任何特定优选实施例。

在一方面，描述了自立煅烧元件。自立煅烧元件包括至少大约95wt.％(重量％)的含量的阴极活性材料。

在一些实施例中，阴极活性材料包括结晶阴极活性材料颗粒。在一些实施例中，阴极活性材料选自由如下组成的群组：锂镍锰钴氧化物(NMC)、锰酸锂(LMO)、磷酸铁锂(LFP)、钴酸锂(LCO)、钛酸锂(LTO)、镍锰酸锂(LNMO)、锂镍钴铝氧化物(NCA)、镍锰铝氧化物(NMA)、镍钴锰铝氧化物(NMCA)、LiNiO

在一些实施例中，自立煅烧元件包括多个通孔。在一些实施例中，自立煅烧元件包括2-50个通孔。在一些实施例中，多个通孔中的每一个通孔的直径大约为10-30mm。在一些实施例中，自立煅烧元件包括为总元件体积的大约0.1-30％的多个通孔。在一些实施例中，自立煅烧元件包括表面图案，该表面图案被配置为在相邻元件之间形成至少一个通道。在一些实施例中，自立煅烧元件为砖或瓦的形状。在一些实施例中，自立煅烧元件包括大约1.9-2.3g/cm

另一方面，描述了一种用于制备阴极活性材料的工艺。该工艺包括将试剂与金属前体混合以形成前体混合物，将前体混合物压缩成自立前体元件，以及加热自立前体元件以形成包括阴极活性材料的自立煅烧元件。

在一些实施例中，该试剂是锂试剂。在一些实施例中，锂试剂选自由氢氧化锂、氢氧化锂一水合物、碳酸锂及其组合组成的群组。在一些实施例中，金属前体选自由金属氧化物、金属氢氧化物、金属碳酸盐及其组合组成的群组。在一些实施例中，金属前体包括选自由Ni、Mn、Co、Al、Mg、Fe、Ti及其组合组成的群组的金属。

在一些实施例中，前体混合物还包括溶剂。在一些实施例中，溶剂是水。在一些实施例中，前体混合物包括大约0.1-20wt.％的溶剂。在一些实施例中，前体混合物还包括粘合剂。在一些实施例中，粘合剂选自由如下组成的群组：聚(乙二醇)(PEG)、聚(环氧乙烷)(PEO)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酸(PAA)、甲基纤维素(MC)、羧甲基纤维素(CMC)、CMC盐、羟丙基纤维素(HPC)、羟乙基纤维素(HEC)和羟丙基甲基纤维素(HPMC)、聚四氟乙烯(PTFE)及其组合。在一些实施例中，前体混合物包括大约0.1-1wt.％的粘合剂。在一些实施例中，前体混合物包括大约0.025-1wt.％的粘合剂。在一些实施例中，自立前体元件包括多个通孔。在一些实施例中，该工艺还包括堆叠多个自立前体元件以形成元件堆叠。在一些实施例中，元件堆叠包括在相邻的自立前体元件之间的至少一个通道。在一些实施例中，自立前体元件包括为大约1.9-2.3g/cm

在一些实施例中，自立前体元件在被加热时由基底支撑。在一些实施例中，自立前体元件在被加热时通过高温隧道窑炉被输送。在一些实施例中，加热在选自由氧化气氛、惰性气氛和还原气氛组成的群组的气氛中进行。在一些实施例中，加热在包括氧气的气氛中进行。在一些实施例中，加热在大约650-850℃的温度处进行。在一些实施例中，该工艺包括对自立前体元件进行预加热。在一些实施例中，该工艺不包括阴极活性材料的附加加热步骤。

在一些实施例中，该工艺还包括解构自立煅烧元件以形成煅烧元件粉末。在一些实施例中，解构包括选自由压碎、碾磨及其组合组成的群组的步骤。在一些实施例中，该工艺还包括处理阴极活性材料。在一些实施例中，该工艺包括选自由筛分、洗涤、过滤、干燥、包被及其组合组成的群组的步骤。

在另一方面，描述了一种用于形成阴极电极的工艺。该工艺包括将本文所述的阴极活性材料结合到电极膜中，以及将电极膜安置在集电器上方。

另一方面，描述了一种用于形成储能设备的工艺。该工艺包括将分隔器、阳极电极和本文所描述的阴极电极放置在壳体内，其中分隔器放置在阳极电极和阴极电极之间。在一些实施例中，储能设备是电池。

附图说明

图1是保持在装料容器中的现有技术阴极前体粉末的示意图。

图2A示出了根据一些实施例的已形成的干砖的图像。

图2B示出了根据一些实施例的在烘烤之后已经支离粉碎的图2A的干砖的图像。

图2C示出了根据一些实施例的包括水和粘合剂的成形自立砖的图像。

图2D示出了根据一些实施例的在烘烤之后的图2C的自立砖的图像。。

图3A是根据一些实施例的具有多个通孔的自立前体砖的示意图示。

图3B是根据一些实施例的图3A的自立前体砖的堆叠的示意图。

图3C是根据一些实施例的自立前体瓦的示意图示。

图3D是根据一些实施例的图3C的自立前体砖的堆叠的示意图。

图4是描绘根据一些实施例的通过形成工艺来形成阴极材料的工艺的流程图。

图5A示出了根据一些实施例已被压制成型的前体砖的图像。

图5B示出了根据一些实施例的预烘烤砖的图像。

图5C示出了根据一些实施例的通过煅烧工艺保持其形状的煅烧砖的图像。

图5D示出了根据一些实施例的通过煅烧工艺未保持其形状的煅烧砖的图像。

图6A示出了根据一些实施例的通过煅烧工艺保持其形状的煅烧砖的图像。

图6B示出了根据一些实施例的通过煅烧工艺未保持其形状的煅烧砖的图像。

具体实施方式

本文提供了制备具有改善的结晶度的阴极活性材料的各种实施例。在某些实施例中，形成并加热自立前体元件(例如砖和瓦)以产生包括阴极活性材料的自立煅烧元件(例如砖和瓦)，其中阴极活性材料表现出改善的结晶度。例如，在一些实施例中，将锂和金属粉末的混合物形成为自立或自支撑元件(例如砖和瓦)，随后将其输送通过高温炉。在一些实施例中，元件(例如，前体、预烘烤和/或煅烧元件)可以是自立的任何几何形状或形式，诸如砖和/或瓦。

自立元件(例如砖块和瓦)的使用允许从生产工艺中去除装料容器，并导致生产中的许多改进，诸如：1)烧结工艺的容积效率增加；2)提高了普通工业窑炉的生产量；3)减少了每个循环需要被加热和冷却的热质量；4)增加了被馈送到炉内的粉末混合物的导热性；5)增加了热均匀性；6)减少了必要的工艺停留时间；7)通过简化支撑的几何形状(例如，装料容器对比板)降低了耗材成本。

前体混合物

在形成元件之前，在一个实施例中，形成包括试剂和金属前体的前体混合物。在一些实施例中，试剂是锂试剂。在一些实施例中，锂试剂选自氢氧化锂、氢氧化锂一水合物、碳酸锂及其组合。在一些实施例中，金属前体选自金属氧化物(M

在一些实施例中，前体混合物还包括溶剂。在一些实施例中，溶剂可以有助于保留由前体混合物通过煅烧工艺所形成的元件的形状。在一些实施例中，溶剂是水。在一些实施例中，前体混合物包括或大约包括0.1wt.％、0.5wt.％、1wt.％、5wt.％、10wt.％、15wt.％、20wt.％、25wt.％或30wt.％的溶剂、或它们之间的任何值范围。在一些实施例中，前体混合物不含或基本上不含溶剂或添加的溶剂。在一些实施例中，前体混合物不含或基本上不含水或添加的水。例如，在一些实施例中，基本上不含水或添加的水的前体混合物可以包括从大气湿气中吸收的水。

在一些实施例中，前体混合物还包括粘合剂。在一些实施例中，粘合剂可以有助于保留通过煅烧工艺由前体混合物所形成的元件的形状。在一些实施例中，粘合剂包括聚合材料。在一些实施例中，粘合剂包括水溶性聚合材料。在一些实施例中，粘合剂包括选自聚(乙二醇)(PEG)、聚(环氧乙烷)(PEO)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酸(PAA)、甲基纤维素(MC)、羧甲基纤维素(CMC)及其盐(例如CMC钠)、羟丙基纤维素(HPC)、羟乙基纤维素(HEC)和羟丙基甲基纤维素(HPMC)、聚四氟乙烯(PTFE)及其组合。在一些实施例中，聚合物材料的重均分子量为或大约为20000、25000、28000、30000、40000、50000、60000、70000、80000、90000、100000、110000、1200000、1300000、1400000、1600000或2000000，或它们之间的任何值范围。在一些实施例中，前体混合物包括或大约包括0.01wt.％、0.02wt.％、0.025wt.％、0.3wt.％、0.04wt.％、0.05wt.％、0.06wt.％、0.07wt.％.％，0.08wt.％，0.09wt.％，0.1wt.％，0.2wt.％，0.3wt.％，0.4wt.％，0.5wt.％，0.6wt.％，0.7wt.％，0.8wt.％.％、1wt.％、1.2wt.％、1.5wt.％或2wt.％的粘合剂、或它们之间的任何值范围。

在一些实施例中，前体混合物还包括添加剂。在一些实施例中，添加剂包括选自Fe、Ti及其组合的元素。

前体和煅烧元件

从前体混合物形成前体或原始元件，其中元件是自立或自支撑的。在一些实施例中，自立前体砖在预烘烤或预加热步骤中被加热以形成自立预烘烤元件。此外，然后可以加热自立前体或预烘烤元件以使试剂和金属前体反应并形成自立煅烧元件，其中煅烧元件包括阴极活性材料。前体元件包括与从中形成它的前体混合物相同或基本上相同的成分。自立或自支撑元件被理解为在自身重量下保持其形状和结构的元件。

图2A和图2B是根据一些实施例的不含水和粘合剂的砖的照片图像，以及图2C和图2D是根据一些实施例的含有水和粘合剂的砖的图像。在图2A中，将从不含水和粘合剂的混合物所形成的干砖形成为自立前体砖。在此实施例中，发现前体砖具有1.7g/cm

在一些实施例中，自立前体元件包括多个通孔。图3A是根据一些实施例的包括多个通孔的自立前体砖的示意图。图3B是一个在另一个之上进行堆叠的包括多个通孔的此类自立前体砖的示意图。在一些实施例中，自立前体元件包括表面图案，以使得当元件被堆叠时在相邻元件之间形成至少一个通道。

图4A是根据一些实施例的具有波浪表面图案的自立前体瓦的示意图。图4B是这样的具有波浪表面图案的自立前体瓦的示意图，使得当瓦被堆叠时在相邻堆叠瓦之间形成多个通道。

前体元件(或任何形式，诸如前体、预烘烤、煅烧或在所公开的工艺中的任何其他步骤期间)可以包括至少一个通孔和/或表面图案，其使得能够在被堆叠时形成至少一个通道。在堆叠的砖或瓦之间的此类通孔和/或通道可以有助于大气(例如氧化气氛(例如包括氧气)、惰性气氛或还原气氛)扩散到元件中和从元件释放水分。例如，扩散到前体元件中的氧气作为形成阴极活性材料的反应的一部分可以帮助氧消耗，其中通孔和/或通道可以允许O

在一些实施例中，自立前体元件包括或大约包括2、4、6、8、10、12、15、20、25、30或50个通孔、或它们之间的任何值范围。在一些实施例中，多个通孔中的每一个的直径是或大约是1mm、5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、40mm、50mm、75mm或100mm、或它们之间的任何值范围。在一些实施例中，多个通孔中的每一个与其他通孔间隔或大约间隔10mm、11mm、12mm、13mm、14mm、15mm、17mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm、60mm、65mm、70mm、75mm、80mm、85mm、90mm、95mm、100mm、120mm、150mm或200mm、或它们之间的任何值范围。在一些实施例中，通孔通过元件均匀地分布在元件的至少一个表面上或基本上均匀地分布在元件的至少一个表面上。在一些实施例中，元件包括的通孔为、大约为、至少为或至少大约为总元件体积的0.1％、0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、4％、5％、6％、8％、10％、15％、20％、25％、30％或40％、或它们之间的任何值范围。在一些实施例中，自立元件不包括通孔。

在一些实施例中，一对相邻的自立前体元件包括或大约包括1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、25、30或50个、或它们之间的任何值范围的通道。在一些实施例中，当从元件堆叠的外侧观察时，多个通道中的每一个通道的特性维度(例如，长度、宽度、直径)是或大约是1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、11mm、12mm、13mm、14mm、15mm、17mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm、60mm、70mm、75mm或100mm、或它们之间的任何值范围。在一些实施例中，多个通道中的每一个通道与另一个通道间隔或大约间隔10mm、11mm、12mm、13mm、14mm、15mm、17mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm、60mm、65mm、70mm、75mm、80mm、85mm、90mm、95mm、100mm、120mm、150mm或200mm、或它们之间的任何值范围。在一些实施例中，多个通道中的至少一个通道延伸这对相邻的自立元件的长度。在一些实施例中，多个通道中的每一个通道延伸这对相邻的自立元件的长度。在一些实施例中，自立前体元件不包括通孔。

在一些实施例中，自立前体元件的厚度为、大约为、至多为或至多大约为0.5mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、8mm、10mm、20mm、40mm、60mm或100mm、或它们之间的任何值范围。

在一些实施例中，自立前驱体元件包括为或大约为1g/cm

在一些实施例中，自立煅烧元件包括、大约包括、至少包括或至少大约包括90wt.％、91wt.％、92wt.％、93wt.％、94wt.％.％、95wt.％、96wt.％、97wt.％、98wt.％、99wt.％、99.2wt.％、99.5wt.％、99.8wt.％、99.9wt.％或100wt.％.％、或它们之间的任何值范围的阴极活性材料。在一些实施例中，阴极活性材料包括结晶阴极活性材料颗粒。在一些实施例中，自立煅烧元件包括、大约包括、至少包括或至少大约包括50wt.％、60wt.％、70wt.％、80wt.％、90wt.％、95wt.％、98wt.％、99wt.％或100wt.％、或它们之间的任何值范围的结晶阴极活性材料颗粒。在一些实施例中，阴极活性材料选自锂镍锰钴氧化物(NMC)、锰酸锂(LMO)、磷酸铁锂(LFP)、钴酸锂(LCO)、钛酸锂(LTO)、镍锰酸锂(LNMO)、锂镍钴铝氧化物(NCA)、镍锰铝氧化物(NMA)、镍钴锰铝氧化物(NMCA)、LiNiO

在一些实施例中，自立煅烧元件包括、大约包括、至多包括或至多大约包括5wt.％、4wt.％、3wt.％、2wt.％、1wt.％、0.5wt.％或0.1wt.％、或它们之间的任何值范围的锂试剂。在一些实施例中，自立煅烧元件包括、大约包括、至多包括或至多大约包括5wt.％、4wt.％、3wt.％、2wt.％、1wt.％、0.5wt.％或0.1wt.％、或它们之间的任何值范围的金属前体。在一些实施例中，自立煅烧元件不含水或基本上不含水。在一些实施例中，自立煅烧元件包括、大约包括、至多包括或至多大约包括1wt.％、0.5wt.％、0.1wt.％或0.01wt.％、或它们之间的任何值范围的水。在一些实施例中，自立煅烧元件包括、大约包括、至多包括或至多大约包括0.01wt.％、0.05wt.％、0.1wt.％、0.2wt.％、0.3wt.％、0.4wt.％、0.5wt.％、0.6wt.％、0.7wt.％、0.8wt.％、0.9wt.％、1wt.％、1.2wt.％、1.5wt.％或2wt.％、或它们之间的任何值范围的粘合剂。在一些实施例中，自立煅烧元件不含或基本上不含粘合剂。在一些实施例中，自立煅烧元件包括降解的粘合剂残余物。在一些实施例中，自立煅烧元件不含或基本上不含降解的粘合剂残余物。在一些实施例中，自立煅烧元件包括、大约包括、至多包括或至多大约包括10wt.％、9wt.％、8wt.％、7wt.％、6wt.％、5wt.％、4wt.％、3wt.％、2wt.％、1wt.％、0.5wt.％或0.1wt.％、或它们之间的任何值范围的残留锂。

在一些实施例中，自立煅烧元件包括多个通孔。在一些实施例中，自立煅烧元件包括表面图案，使得当元件被堆叠时在相邻元件之间形成至少一个通道。在一些实施例中，自立煅烧元件的多个通孔和/或通道从自立前体元件保留或基本上保留。在一些实施例中，自立煅烧元件包括或大约包括2、4、6、8、10、12、15、20、25、30或50个、或它们之间的任何值范围的通孔。在一些实施例中，多个通孔中的每一个通孔的直径是或大约是1mm、5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、40mm、50mm、75mm或100mm、或它们之间的任何值范围。在一些实施例中，多个通孔中的每一个通孔与其他通孔间隔或大约间隔10mm、11mm、12mm、13mm、14mm、15mm、17mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm、60mm、65mm、70mm、75mm、80mm、85mm、90mm、95mm、100mm、120mm、150mm或200mm、或它们之间的任何值范围。在一些实施例中，通孔通过元件均匀地分布在元件的至少一个表面上或基本上均匀地分布在元件的至少一个表面上。在一些实施例中，元件包括的通孔为、大约为、至少为或至少大约为总元件体积的0.1％、0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、4％、5％、6％、8％、10％、15％、20％、25％或30％、或它们之间的任何值范围。在一些实施例中，自立煅烧元件不包括通孔。

在一些实施例中，一对相邻的自立煅烧元件包括或大约包括1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、25、30或50个、或它们之间的任何值范围的通道。在一些实施例中，当从元件堆叠的外侧观察时，多个通道中的每一个通道的特性维度(例如，长度、宽度、直径)是或大约是1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、11mm、12mm、13mm、14mm、15mm、17mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm、60mm、70mm、75mm或100mm、或它们之间的任何值范围。在一些实施例中，多个通道中的每一个通道与另一个通道间隔或大约间隔10mm、11mm、12mm、13mm、14mm、15mm、17mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm、60mm、65mm、70mm、75mm、80mm、85mm、90mm、95mm、100mm、120mm、150mm或200mm、或它们之间的任何值范围。在一些实施例中，多个通道中的至少一个延伸这对相邻的自立元件的长度。在一些实施例中，多个通道中的每一个都延伸这对相邻的自立元件的长度。在一些实施例中，自立前体元件不包括通孔。

在一些实施例中，自立煅烧元件的厚度为、大约为、至多为或至多大约为0.5mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、8mm、10mm、20mm、40mm、60mm或100mm、或它们之间的任何值范围。

在一些实施例中，自立煅烧元件包括为或大约为0.8g/cm

在一些实施例中，自立前体元件可以在形成自立预烘烤元件之前被加热，并且随后被加热以形成自立煅烧元件。元件的预加热可以有助于游离水的脱水、LiOH.H

元件和阴极活性材料形成工艺

图4是描绘根据一些实施例的通过形成工艺形成阴极材料的示例的400流程图。提供试剂402和前体404并混合406以形成混合物。试剂402的示例包括LiCO

在一些实施例中，该工艺包括将试剂与金属前体混合以形成前体混合物。在一些实施例中，该工艺包括将前体混合物压缩成前体元件。在一些实施例中，该工艺包括加热前体元件以形成包括阴极活性材料的煅烧元件。在一些实施例中，前体元件和/或煅烧元件是自立元件。

在一些实施例中，该工艺包括修改前体元件以包括通孔。在一些实施例中，前体元件在被加热时由基底支撑。

在一些实施例中，前体元件被输送通过隧道窑炉(例如低温和/或高温隧道窑炉)。在一些实施例中，前体或预烘烤元件在高温隧道窑炉中被加热。在一些实施例中，低温和高温窑炉是被设置为不同温度的同一窑炉。在一些实施例中，低温窑炉和高温窑炉是不同的窑炉。在一些实施例中，加热在氧化气氛(例如，包括氧气的气氛，诸如空气或富氧气氛(即，大于21vol％(体积％)、大于23.5vol％或大于25vol％的氧气))、惰性气氛(例如，包括氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氡气和/或氮气的气氛)或还原气氛(例如，包括氢气、一氧化碳和/或硫化氢的气氛)中进行。例如，在一些实施例中，磷酸铁锂(LFP)的形成通过在惰性气氛或还原气氛中加热(例如煅烧)来进行。在一些实施例中，气体在元件的预烘烤和/或煅烧加热期间通过通孔和/或通道。在一些实施例中，气体包括氧化气体(例如包括氧气，诸如空气或富氧气氛)、惰性气体或还原气体。在一些实施例中，加热在、大约在、至少在或至少大约在700℃、725℃、750℃、760℃、780℃、800℃、820℃、840℃、850℃、860℃、880℃、900℃、950℃或1000℃、或它们之间的任何值范围的温度处进行。在一些实施例中，该工艺包括对自立前体元件进行预加热。

在一些实施例中，前体元件在预烘烤或预加热步骤期间在低温隧道窑炉中被加热以形成预烘烤元件(例如砖和瓦)。在一些实施例中，在元件的煅烧加热之前进行预烘烤步骤。在一些实施例中，元件的煅烧加热还包括预烘烤步骤。在一些实施例中，预加热在低于煅烧加热温度的温度处进行。在一些实施例中，预加热在、大约在、至少在或至少大约在80℃、100℃、120℃、140℃、160℃、180℃、200℃、220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、280℃、300℃、320℃、350℃、400℃、450℃、500℃C、550℃、600℃、650℃、700℃或750℃、或它们之间的任何值范围的温度处进行。在一些实施例中，该工艺不包括阴极活性材料的附加加热步骤。在一些实施例中，气体在元件的预烘烤和/或煅烧加热期间通过通孔和/或通道。在一些实施例中，气体包括氧气(例如空气)。在一些实施例中，自立预烘烤和/或煅烧元件不包括或基本上不包括裂纹。在一些实施例中，加热(例如预烘烤和/或煅烧)降解(例如燃烧和/或碳化)前体元件和/或预烘烤元件中的粘合剂。在一些实施例中，降解的粘合剂残余物从预烘烤元件和/或煅烧元件中蒸发。在一些实施例中，至少一些降解的粘合剂残余物(例如可测量的含量)保留在预烘烤元件和/或煅烧元件中。在一些实施例中，预烘烤元件和/或煅烧元件不含或基本上不含降解的粘合剂残余物。在一些实施例中，加热降低了元件的密度。

在一些实施例中，该工艺包括解构自立煅烧元件以形成煅烧元件粉末。在一些实施例中，解构包括选自压碎、研磨及其组合的步骤。在一些实施例中，该工艺包括处理阴极活性材料。在一些实施例中，处理包括选自筛分、洗涤、过滤、干燥、涂覆及其组合的步骤。在一些实施例中，涂覆包括用选自TiO

图5A-图5D示出了根据一些实施例在形成工艺的各个阶段中具有通孔的各种砖的图像。图5A示出了已被压制成型的前体砖，图5B示出了预烘烤砖。图5C示出了通过煅烧工艺保持其形状的煅烧砖，而图5D示出了通过煅烧工艺未保持其形状的煅烧砖，可见裂纹和撕裂。图6A和图6B分别示出了通过煅烧工艺保持其形状以及通过煅烧工艺未保持其形状的堆叠的煅烧砖的图像。

储能设备

一旦分离出阴极活性材料，它就可以被用来制备用于储能设备的电极。在一些实施例中，电极膜包括本文所述的阴极活性材料。在一些实施例中，将阴极活性材料结合到电极膜中。在一些实施例中，电极膜还包括粘合剂。在一些实施例中，电极包括集电器和本文所述的电极膜。在一些实施例中，将电极膜安置在集电器之上以形成阴极电极。

在一些实施例中，储能设备利用本文所述的阴极活性材料。在一些实施例中，储能设备包括分隔器、阳极电极、本文所述的阴极电极和壳体，其中分隔器、阳极电极和阴极电极被安置在壳体内并且分隔器被定位在阳极和阴极电极之间。在一些实施例中，通过将分隔器、阳极电极和本文所述的阴极电极放置在壳体内来形成储能设备，其中分隔器被放置在阳极电极和阴极电极之间。在一些实施例中，储能设备是电池。在一些实施例中，储能设备是锂离子电池。

示例

在以下实施例中描述了本公开的示例实施例，包括工艺、材料和/或所得产品。

示例1

将碳酸锂和电解二氧化锰(EMD)的微米级粉末以Li/Mn＝1.05的摩尔比混合，然后压制成密度为1.8g/cm

示例2

将Ni

示例3

将碳酸锂和Ni

示例4

将一水氢氧化锂和Ni

示例5

将一水氢氧化锂和Ni

示例6

将氢氧化锂和Ni

示例7

制备LiOH.H

为了制备瓦，将LiOH.H

这样的前体瓦是独立式的，将六块前体瓦堆叠在一起，并且送到250℃的流动热风的窑炉中进行预烘烤。在预烘烤之后，将独立式预烘烤瓦送到气氛受控的辊底窑(RHK)中进行煅烧。然后将独立式煅烧瓦粉碎、研磨、过滤、洗涤和干燥，分离出活性物质。

这样的混合物被证明可以实现在堆叠、预烘烤和煅烧时保持独立的独立式前体瓦。

比较示例

制备LiOH.H

为了制备瓦，将LiOH.H

这种混合物被证明可以实现在堆叠、预烘烤和煅烧时不会保持独立的前体瓦。

虽然已经描述了某些实施例，但是这些实施例仅作为示例而被呈现，并且不旨在限制本公开的范围。实际上，本文所描述的新颖方法和系统可以以多种其他形式来体现。此外，可以在不背离本公开的精神的情况下对本文所描述的系统和方法进行各种省略、替换和改变。所附权利要求及其等同物旨在覆盖落入本公开的范围和精神内的此类形式或修改。

除非与之不相容，否则结合特定方面、实施例或示例所描述的特征、材料、特性或群组应被理解为适用于本部分或本说明书中的其他地方描述的任何其他方面、实施例或示例。除了其中至少一些这样的特征和/或步骤互斥的组合，本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征和/或如此公开的任何方法或工艺的所有步骤可以以任何组合来进行组合。保护不限于任何上述实施例的细节。保护延伸至本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的特征的任何新的特征或任何新的组合，或者延伸至如此公开的任何方法或工艺的步骤的任何新的步骤或任何新的组合。

此外，在本公开中在分开实现的内容中描述的某些特征也可以在单个实现方式中被组合实现。相反，在单个实现方式的内容中描述的各种特征也可以在多个实现方式中被分开实现或以任何合适的子组合来实现。此外，尽管特征可以在上面被描述为在某些组合中起作用，但是在一些情况下，可以从所要求保护的组合中去除一个或多个特征，并且该组合可以作为子组合或子组合的变体来要求保护。

此外，虽然可以在附图中描绘或在说明书中以特定顺序描述操作，但是不需要以所示出的特定顺序或以连续的顺序来执行这类操作，或者执行所有操作以获得期望的结果。未描绘或描述的其他操作可以被并入在示例方法和工艺中。例如，可以在任何所描述的操作之前、之后、同时或者之间执行一个或多个附加操作。此外，在其他实现方式中，操作可以被重新布置或重新排序。本领域技术人员将了解，在一些实施例中，在所图示和/或公开的工艺中采取的实际步骤可能与图中所示的那些不同。取决于实施例，可以去除上述某些步骤，也可以添加其他步骤。此外，以上公开的具体实施例的特征和属性可以以不同方式进行组合以形成附加的实施例，所有这些都落入本公开的范围内。此外，上述实现方式中的各种系统组件的分离不应被理解为在所有实现方式中都需要这种分离，应当理解，所描述的组件和系统通常可以在单个产品中被集成在一起或被封装在多个产品中。例如，本文所描述的能量存储系统的任何组件可以被分开提供，或者被集成在一起(例如，封装在一起，或附接在一起)以形成能量存储系统。

出于本公开的目的，本文描述了某些方面、优点和新颖特征。所有这些优点不一定都可以根据任何特定实施例来实现。因此，例如，本领域技术人员应当认识到，本公开可以以实现如本文所教导的一个优点或一组优点的方式来体现或执行，而不必实现如本文所教导或建议的其他优点。

除非另有明确说明，或者在所使用的上下文中以其他方式理解，否则诸如“可以”、“可”或“可能”之类的条件措辞，通常旨在传达某些实施例包括而其他实施例不包括某些特征、元件和/或步骤。因此，这种条件性措辞通常不旨在暗示一个或多个实施例以任何方式需要特征、元素和/或步骤，也不旨在暗示一个或多个实施例必须包括用于在有或没有用户输入或提示的情况下判定这些特征、元件和/或步骤是否被包括在任何特定实施例中或将在任何特定实施例中被执行的逻辑。

诸如短语“X、Y和Z中的至少一个”之类的连接措辞，除非另有明确说明，否则应根据上下文理解为一般性地用于传达项目、术语等可以是X、Y或Z。因此，这种连接措辞通常不旨在暗示某些实施例需要存在至少一个X、至少一个Y和至少一个Z。

本文中所使用的程度措辞，诸如本文中所使用的术语“大约”、“约”、“一般”和“基本上”表示接近所述值、量或特性的值、量或特性仍然执行期望的功能或达到期望的结果。

本公开的范围不旨在受限于本部分或本说明书中的其他部分的实施例的具体公开内容，并且可以由权利要求来限定，如本部分或本说明书中其他部分所呈现或在将来呈现。权利要求的措辞将基于权利要求中所采用的措辞进行广义解释，并且不限于在申请的实施期间或本说明书中描述的示例，这些示例将被解释为非排他性的。

虽然已经描述了某些实施例，但是这些实施例仅作为示例而被呈现，并且不旨在限制本公开的范围。实际上，本文所描述的新颖方法和系统可以以多种其他形式来体现。此外，可以在不背离本公开的精神的情况下对本文所描述的系统和方法进行各种省略、替换和改变。所附权利要求及其等同物旨在覆盖落入本公开的范围和精神内的此类形式或修改。因此，本发明的范围仅通过参考所附权利要求来限定。