用于涂层阴极材料的方法和系统以及涂层阴极材料的用途

摘要

本申请公开了用于锂离子电池的涂层阴极材料。本申请还提供了用于将涂层施加到用于锂离子电池的活性阴极材料上的方法和系统。在一个示例中，所述涂层阴极材料可包括涂覆有包含一种或多种高能量密度活性材料例如氟磷酸钒锂和/或磷酸锰铁锂化合物的涂层的高镍含量活性阴极材料，例如锂镍锰钴氧化物或锂镍钴铝氧化物。在一些示例中，高镍含量活性阴极材料可以包含大于或等于60％的镍含量。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年4月19日提交的名称为“用于涂层阴极材料的方法和系统以及涂层阴极材料的用途”的美国临时申请号62/660,172的优先权。本申请要求于2018年7月20日提交的名称为“用于涂层阴极材料的方法和系统以及涂层阴极材料的用途”的美国临时申请号62/701,231的优先权。上述所有申请的全部内容通过引用并入本文中用于所有目的。

技术领域

本申请总体上涉及用于锂离子电池的涂层阴极材料。

背景技术和发明内容

锂离子电池可以包括可由多孔膜隔开的正极(例如，阴极)和负极(例如，阳极)。电池单元可以填充有液体电解质以支持离子的运动。例如，锂(Li)离子可在两个电极之间来回流动。电池可以将能量作为化学势存储在其电极中，所述电极被配置为通过还原-氧化(redox)反应在化学能和电能之间可逆地转换。可再充电电池或二次电池的能量密度可以由一种或多种阴极材料和阳极材料的比容量以及它们之间的电位差来确定。由于阳极材料可以提供较高的锂离子存储容量，阴极材料的工作电压和容量可能是限制因素。例如，LiFePO

为了满足不断增长的能量存储需求，尤其是电动车的能量存储需求，注意力已经转向具有较高比容量和工作电压的能量密度较高的层状锂金属氧化物(LiMO

尽管这些高镍锂过渡金属氧化物材料具有相对较高的能量密度，但它们也具有某些缺点。这些缺点可包括由于高度脱锂(例如带电)的阴极和电解质之间的化学反应而导致的它们在高温和高速率下的稳定性下降。阴极材料容量下降的原因之一可能是一种或多种过渡金属化合物经受氟化氢(HF)的连续腐蚀而逐渐溶解于电解质中，所述氟化氢是电解质盐(例如LiPF

此外，阴极材料的次级颗粒可以不规则且不均匀的留有开孔和间隙的方式包含纳米尺寸的初级颗粒，这可以增大它们的表面积并暴露于电解质。阴极和电解质之间增大的接触表面可以更快地催化非水电解质溶剂的分解，并且可以在高温和截止电压下加速与阴极材料的这些反应。在不期望的条件(过充电、过放电、能量不足、温度突然升高等)下可能发生有机电解质的分解和随后的气体产生，并可能导致劣化。例如，如果产生的气体达到足够的压力，则可燃溶剂蒸汽可排放到周围环境中。在高压电池模块/电池组中的不期望的条件下，电池单元内部产生的并发热或火花可能会与蒸汽不利地相互作用。

解决这些问题的尝试可以包括使用惰性金属氧化物、金属磷酸盐和/或金属氟化物的表面涂层，以减轻一些上述问题。但是，由于某些涂层材料的电子导电性和离子导电性差，在活性阴极材料表面形成惰性相可能会阻碍锂离子在锂化/脱锂过程中在层状电极结构中扩散以及从层状电极结构扩散出去，从而降低锂离子电池单元的倍率性能。另外，涂层和基底材料之间可能存在结构失配，导致不期望的堆叠，这可能会阻塞锂离子的扩散路径。例如，Al

作为另一个示例，AlF

作为另一个示例，氧化锂硼(Li

上述涂层材料可经受较低的离子/电子导电性而导致降低的涂层阴极材料的倍率性能，或者涂层材料可由于它们的低工作电压与NCM和NCA不兼容而导致主体材料的劣化。另外，为了改善主体材料的整体表面覆盖，主体材料可能需要高百分比的涂层材料，这进一步降低了涂层活性阴极材料的能量密度。因此，期望涂层材料不干扰或妨碍电解质和活性阴极材料之间的锂离子传输，并且避免降低电池的能量密度。

本申请人已经发现了上述问题，并提出了至少部分解决这些问题的解决方案。

在一个示例中，为了克服NCM、NCA或其他活性阴极材料的性能劣化并增加其可靠性，发明人在本文中提出并证明了应用低成本、高能量密度、高功率密度和热稳定的活性阴极材料作为NCM和NCA的涂层剂以稳定NCM/NCA和电解质之间的大界面的方法。如本文所提供的，掺杂和处理的高能量密度活性锂离子电池材料(LVPF/LFMP)可以用于改善主体材料的电化学性能和热稳定性。涂层可包括与NCM和NCA兼容的工作电压，因此这些材料可参与电化学反应，以为最终的阴极材料提供增加的容量。另外，涂层可以为热稳定的，也就是说，具有额外掺杂和材料处理的涂层可以通过在主体材料上形成涂层以减少主体材料与电解质的直接接触，从而能够稳定主体阴极材料和电解质之间的大界面。

应当理解，提供以上概述是为了以简化形式介绍在具体实施方式中进一步描述的一些概念。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或必要特征，所要求保护的主题的范围由所附权利要求唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决以上或在本申请的任何部分中指出的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1示出了说明磷酸铁锂(LFP)、磷酸锰铁锂(LFMP)、氟磷酸钒锂(LVPF)和锂镍锰钴氧化物(NCM)的电压-容量曲线的图。

图2A、2B和2C示出了电池的涂层阴极材料的各种实施方案。

图3示出了涂层重量和涂层厚度之间的关系。

图4A和4B示出了不带涂层的阴极材料的扫描电子显微镜(SEM)图像。

图4C和4D示出了涂层阴极材料的SEM图像。

图4E示出了电极的横截面。

图5A和5B示出了用于涂覆阴极材料的方法。

图6A和图6B示出了在不同速率下NCM上的LVPF涂层重量与能量密度的关系。

图7A和7B示出了加热的涂层阴极材料和未加热的涂层阴极材料之间的能量和容量比较。

图8示出了不带涂层的NCM和10％LVPF涂层的NCM的DSC数据。

图9示出了用于干混阴极材料和涂层的第一方法。

图10示出了用于湿混阴极材料和涂层的方法。

图11示出了说明在钉穿测试期间32Ah涂层阴极的条件的曲线图。

图12示出了用于干混阴极材料和涂层的第二种方法。

具体实施方式

以下描述涉及用于涂层阴极材料的系统和方法。在一些示例中，阴极材料可以包括具有Li

阴极材料的扫描电子显微镜(SEM)图像示于图4A和图4B中。其中显示了阴极材料的孔和/或凹坑。覆盖有涂层的阴极材料的SEM图像示于图4C和图4D中。其中，涂层可以覆盖，可选地不连续地覆盖，阴极材料的至少一些表面，以减轻其暴露于电解质材料或电解质。包含阴极材料的电极的横截面示于图4E中。

用于获得涂层阴极材料的方法示于图5A、图5B、图9、图10和图12中。其中，用于干涂的第一方法示于图5A和图9中。另外或可替代地，用于干涂的第二方法示于图5A和图12中。用于湿涂的方法示于图5B和图10中。图7A和图7B中的曲线示出了关于加热的涂层阴极材料和未加热的涂层阴极材料的容量和能量的比较。

图6A和图6B示出了在不同速率下NCM上的LVPF涂层重量与能量密度的关系。图8示出了不带涂层的NCM和10％LVPF涂层的NCM的差示扫描量热法(DSC)数据。

图11示出了说明在钉穿(nail penetration)测试期间32Ah涂层阴极的条件的曲线图。

出于清楚和连续的目的，应当理解，在以下描述中，可以使用多个不同的名称来指代相同的概念、思想或项目，反之亦然。

例如，在本文中“锂镍锰钴氧化物(NCM)”可以用来指具有Li

作为另一个示例，在本文中“锂镍钴铝氧化物(NCA)”可以用来指具有Li

可以使用的其他活性阴极材料可以包括LiMn

此外，“高镍阴极”可以用来指由上述用于电池单元的阴极和电解质之间的锂离子传输的高镍活性阴极材料构成的、包括该高镍活性阴极材料和/或使用该高镍活性阴极材料的所有阴极。例如，高镍活性阴极材料可包含大于或等于60重量％的Ni。

另外地或可替代地，高镍活性阴极材料可包括33至90％的镍含量。在一些示例中，另外地或可替代地，高镍活性阴极材料可包括50至75％的镍含量。在一些示例中，另外地或可替代地，高镍活性阴极材料可包括60至65％的镍含量。在一些示例中，另外地或可替代地，高镍活性阴极材料可包括大于或等于60％的镍含量。

如上所述，高镍活性阴极材料可包括NCA或NCM中的一种或多种。高镍活性阴极材料组分的比例范围可以为1∶1∶1至8∶1∶1。例如，NCA(例如，镍：钴：铝)或NCM(例如，镍：锰：钴)的比例可以为8：1：1。在一个示例中，该比例可以为6：2：2。在另一个示例中，另外地或替代地，该比例可以为5：3：2。在一些示例中，NCM或NCA可以包括约1：1：1的比例。

现在转到图1，其示出了曲线100，曲线100示出了不带涂层的NCM 102、LFP 104、LFMP 106和LVPF 108的电压与容量的关系。如图所示，LFP的工作电压为约3.5V，远低于不带涂层的NCM的工作电压(>3.7V)，使其不适合作为与NCM或NCA阴极配对的涂层候选物。因此，LFP可能不适用于NCM或NCA阴极的涂层，因为LFP的较低工作电压可能导致活性阴极材料劣化。相反，LFMP和LVPF都包括与不带涂层的NCM相似的工作电压，从而说明了NCM与LFMP涂层或LVPF涂层之间的兼容性，导致几乎没有电压损失。换句话说，LFMP涂层和LVPF涂层可包括与诸如NCM的锂金属氧化物相比相似的工作电压。以这种方式，LFMP和LVPF的氧化还原电势与诸如LFP涂层的其他涂层相比可以与NCM和NCA更兼容。

现在转向图2A，其示出了被涂层204环绕的阴极材料202的实施方案200。阴极材料202可以为包含Li

阴极材料202可以包括表面或外表面，该表面或外表面包括一个或多个孔208和/或凹坑208和/或缺角208和/或突起208和/或空隙208，从而增加了阴极材料202的表面积。如上所述，电解质与阴极材料202之间的接触会释放一种或多种蒸汽，这可能会使包含阴极材料202的电池劣化。

涂层204可以包括与阴极材料202的锂金属氧化物相比相似的工作电压，如上图1所示。因此，包括阴极材料202和涂层204的涂层活性阴极材料可得益于来自涂层204的容量和能量贡献，从而克服了上述问题中的至少一些问题。

涂层204可以被撒在阴极材料202上，使得涂层204进入孔208。涂层204可以为间隙的并且至少部分地填充孔208。可以通过机械力将涂层204撒到孔208中。这样，涂层204的尺寸可以与孔208的尺寸互补，使得涂层204颗粒可以进入其中。因此可以说涂层204颗粒渗入阴极材料202的孔208。这样，涂层204可以覆盖和/或进入孔208以及孔之外的阴极材料202的其他表面。

在一些示例中，孔208可以为不规则的，使得每个孔的尺寸可以不同。因此，涂层204的尺寸可以是不规则的，以使阴极材料202可以撒有不同尺寸的涂层204颗粒。通过用不同尺寸的涂层204颗粒涂覆阴极材料202，数量增多的孔208可以容纳涂层204。通过将涂层204颗粒布置到阴极材料202的孔208中，直接暴露于电解质的阴极材料202的表面积会减少。换句话说，涂层204可以设置在阴极材料202的表面的阈值面积上。在一些示例中，阈值面积是阴极材料202的总表面积。在一些示例中，阈值面积小于阴极材料202的总表面积。

在一些示例中，涂层204颗粒可以为涂层204的次级颗粒，其中涂层204次级颗粒可以进一步由涂层204的初级颗粒形成。这样，涂层204的次级颗粒的尺寸、质量和体积可以比涂层204的初级颗粒的尺寸、质量和体积大。布置在阴极材料202上的涂层204可以由涂层204次级颗粒、涂层204初级颗粒或其组合组成。此外，阴极材料202可以为次级颗粒、初级颗粒或其组合的形式。也就是说，与涂层204的情况一样，阴极材料202次级颗粒可以由阴极材料202初级颗粒形成，使得阴极材料202次级颗粒的尺寸、质量和体积可以比阴极材料202初级颗粒的尺寸、质量和体积大。

涂层204可以用作屏蔽，其中涂层204可以减轻阴极材料202和电解质之间的不期望的副反应。更具体地，涂层204可以充当减少阴极材料202与电解质接触时的放热反应中的催化剂。

涂层204可以覆盖和/或部分覆盖阴极材料202的表面的至少一部分(即，阈值面积)。涂层204可以覆盖阴极材料202的大部分，高达100％。在一些示例中，阴极可包括多种阴极材料，其中多种阴极材料中的每种阴极材料202可包括不同覆盖量。因此，与阴极材料202的表面的阈值面积对应的覆盖范围可以存在于单个阴极内。另外地或可替代地，覆盖范围可以与涂层204的浓度成比例。在一些示例中，涂层204可以70重量％或更少存在。在一些示例中，另外地或可替代地，涂层204可以1至70重量％的量存在。在一些示例中，另外地或可替代地，涂层204可以1至45重量％的量存在。在一些示例中，另外地或可替代地，涂层204可以1至30重量％的量存在。在一些示例中，另外地或可替代地，涂层204可以5至25重量％的量存在。在一些示例中，另外地或可替代地，涂层204可以10至20重量％的量存在。

在一些示例中，阴极材料202可包括不存在涂层204的未被覆盖的部分。未被覆盖的部分可以大于1％，使得涂层204包括未破裂表面上方的间隙，从而将阴极材料202的表面直接暴露于电解质。以此方式，阴极材料202的未被覆盖的部分可以突出穿过涂层204。通过使阴极材料202的一部分暴露，可以实现多个益处，包括但不限于，与完全或基本上完全覆盖/涂覆的阴极材料相比，提高的充电/放电速率、降低的制造成本、更快的充电速度。此外，当暴露于电解质时，所述未被覆盖的部分可得到放热反应降低的益处，因为涂层204的邻近部分可吸收由于暴露而产生的热量。在一些示例中，阴极材料202可被大幅覆盖只留下一小部分，少于50％，少至1％或0％，未覆盖和暴露的，取决于阴极材料202所需的功率、电压和放电速率，同时提供足够量的屏蔽以降低阴极材料202和电解质之间的不良副反应。在一些示例中，涂层204可以屏蔽阴极材料202表面的阈值面积。在一些示例中，涂层204可以屏蔽阴极材料202的至少部分表面。换句话说，可以认为涂层204至少部分地屏蔽阴极材料202。在其他示例中，涂层204可以屏蔽阴极材料202的整个或几乎整个表面。

涂层204可以为氟磷酸钒锂(LVPF)涂层。另外地或可替代地，涂层204可以为包含Li

以这种方式，阴极材料202，可以为NCM阴极材料或NCA阴极材料，可涂覆有LVPF和/或LFMP或其变体。涂层204可以用作屏蔽或屏障。涂层204可以提供部分阻挡界面，使得阴极材料202没有被完全暴露。例如，涂层204可以减轻氟化氢(HF)的产生。

与不带涂层的锂金属氧化物阴极相比，涂层204可以部分或完全覆盖阴极材料202以减轻与电解质的副反应，从而导致更安全和更稳定的锂离子电池。如本文所提供的涂层材料提供了以下优点：LFMP和LVPF的氧化还原电势与NCM和NCA更兼容，并且有助于充电/放电过程中的电化学反应。此外，与不带涂层的锂金属氧化物阴极相比，脱锂化的LFMP和LVPF涂层为涂层阴极材料提供增强的稳定性，使得该涂层能够稳定NCM和NCA阴极材料的表面。

换句话说，包含金属磷酸盐的涂层204可以通过将阴极材料202的一部分与电解质隔离减少副反应来提高阴极材料202的稳定性。脱锂化的涂层(例如，脱锂化的LFMP或LVPF涂层)可能比其他脱锂化的金属氧化物阴极更稳定。此外，涂层204可包括与阴极材料202更类似的工作电压。

在一些示例中，阴极材料202可以涂覆有LVPF或LFMP的组合，其中该组合可以包括相等部分的LVPF和LFMP。另外地或可替代地，这种组合还可包括不相等部分的LVPF和LFMP。在涂层204中存在LVPF和LFMP两者这样的实施例中，可以调配LVPF:LFMP的比例。在一些示例中，LVPF:LFMP的比例可大于1:99。在一些示例中，另外地或可替代地，LVPF:LFMP的比例可小于99:1。在一些示例中，另外地或可替代地，LVPF:LFMP的比例可为10:90至90:10。在一些示例中，另外地或可替代地，LVPF:LFMP的比例可为20:80至80:20。在一些示例中，另外地或可替代地，LVPF:LFMP的比例可为30:70至70:30。在一些示例中，另外地或可替代地，LVPF:LFMP的比例可为40:60至60:40。在一些示例中，另外地或可替代地，LVPF和LFMP的比例可为约50:50，使得LVPF和LFMP以基本相等量存在于涂层204中。在一些示例中，另外地或可替代地，LVPF:LFMP的比例可小于50:50。在一些示例中，另外地或可替代地，LVPF:LFMP的比例可大于50:50。

为了涂覆阴极材料202，涂层204的粒度可以根据阴极材料202的最小孔的尺寸来确定。这种尺寸可以使涂层204渗透孔的开口并结合至阴极材料202的与孔相对应的表面。以这种方式，涂层204可以独立于阴极材料202的不平坦表面特征而连续地涂层阴极材料202，使得涂层204中可以不存在间隙。

在一些示例中，涂层204颗粒可以离散地涂覆阴极材料202。也就是说，阴极材料202的表面的阈值面积(例如，总表面积、小于总表面积)可以完全，或者基本上完全覆盖有涂层204颗粒的离散的颗粒层。

此外，在一些示例中，涂层204可以为均匀的，使得阴极材料202的表面的任何阈值面积(例如，总表面积、小于总表面积)的覆盖具有基本相似的厚度、光滑度和/或颗粒密度。换句话说，阴极材料202的其上设置有涂层204的任何部分可以具有基本一致的表面形态。

涂层204可以多种不同方式制备。涂层204可以通过包含锂、铁、锰、钒、氟和/或磷酸盐的起始材料/源与另外的掺杂剂金属源的混合物(干或湿)来制备。锂源可包括碳酸锂和磷酸二氢锂中的一种或多种。铁源可包括磷酸铁、草酸铁、碳酸铁等中的一种或多种。锰源可包括磷酸锰、草酸锰、碳酸锰等中的一种或多种。钒源可包括磷酸钒、氧化钒、草酸钒等中的一种或多种。氟源可包括氟化铵、氟化锂等中的一种或多种。掺杂剂金属源可以包括草酸钴、草酸镍、磷酸钒、偏钒酸铵、氟化铵等中的一种或多种。起始材料可以任选地为水合形式或用作干粉混合物。起始材料可以任选地进一步包括其他组分，例如磷酸铵、水溶性聚合物(例如，水溶性乙烯基共聚物)和/或其他前体(例如，糖前体)。

在一些实施方案中，LVPF涂层可以用经过机械掺混以及干磨或湿磨(例如，磨碎)(以形成由纳米级原料源组成的超细混合物)的包含锂、铁、钒、氟和磷酸盐的起始材料与其他掺杂剂金属源的混合物来制备。在其他实施方案中，LFMP涂层可以用经过机械掺混以及干磨(例如，磨碎)(以形成由纳米级原料源组成的超细混合物)的包含锂、铁、锰和磷酸盐的起始材料与其他掺杂剂金属源的混合物制备。该混合物可以在惰性(例如，氮气流)环境中在550℃至750℃的温度，例如在约700-750℃的温度进行烧制。

在一些实施方案中，用于涂层的LFMP和LVPF可以通过直接研磨大尺寸(>10μm)的LFMP和LVPF材料来制备。干磨可以降低粒度以补足阴极材料(例如图2A、图2B和图2C的阴极材料202)的表面。所述材料可以与其他各种材料以所需介质比例被干磨，然后被收集以用于涂覆过程。所述材料还可以在有机溶剂(例如，异丙醇)中被湿磨，并被存储于溶液相中以用于湿涂工艺，如图5B和图10所示。

例如，可以优化LFMP的粒度以改善用于涂层的NCM颗粒的覆盖并填充用于高电极密度的NCM颗粒的孔。在与NCM颗粒掺混之前，LFMP颗粒可以以浆体态被湿磨以提高粒度分布。可以调整LFMP和NCM之间的掺混比例，以实现优化的高能量密度并通过滥用测试(例如，过度充电等)。如图11所示，即使当被故意劣化(例如，被尖锐物体刺破或穿刺)时，布置有LFMP涂层的NCM电极的电池也显示出耐久性增加的迹象。

在一些示例中，涂层204，包括LVPF或LFMP，的粒度可以等于或小于10微米。另外地或可替代地，粒度可以大于0.01微米。在一个示例中，粒度可为0.01至10微米。在一些示例中，另外地或可替代地，粒度可以等于或小于9微米。在一些示例中，另外地或可替代地，粒度可以等于或小于8微米。在一些示例中，另外地或可替代地，粒度可以等于或小于7微米。在一些示例中，另外地或可替代地，粒度可以等于或小于6微米。在一些示例中，另外地或可替代地，粒度可以等于或小于5微米。在一些示例中，另外地或可替代地，粒度可以等于或小于4微米。在一些示例中，另外地或可替代地，粒度可以等于或小于3微米。在一些示例中，另外地或可替代地，粒度可以为0.1至2微米。在一些示例中，另外地或可替代地，粒度可以为0.1至1微米。

在一些实施方案中，涂层204的粒度(例如，D50)可以始于约10微米。随着涂层204的研磨的持续时间增加，粒度可以降低。例如，在研磨20分钟之后，粒度可以为约3微米。在一些示例中，可发生过研磨，其中涂层204在过长的研磨事件之后可被降解。在一个示例中，对于粒度降低至0.1微米以下的研磨，可发生降解。这样，为了用不同粒度的涂层204涂覆阴极材料202，可以在不同的研磨时间从研磨机中提取部分涂层204，其中在较早的研磨时间提取涂层204，与在随后的研磨时间提取涂层204相比，导致较大的粒度。

在一些示例中，涂层204可以在N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)浆料中用研磨介质湿磨以降低粒度(例如，D50)，从而适合于涂覆阴极材料202。具体而言，烧结后涂层204的初始粒度可为约8至10μm，然后在例如磨碎机或珠磨机中的湿磨后可以降低至约1至4μm。研磨之后，可以在NMP浆料中将涂层204与阴极材料202的颗粒以及导电性碳和一种或多种粘合剂掺混。这样，涂层204、导电性碳和一种或多种粘合剂可以被分散并与阴极材料202均匀地混合。然后可以将所得浆料涂覆到集电器上以获得涂层阴极。

在一些示例中，涂层204的粒度分布可以为双峰的，使得粒度分布的第一峰可以对应于相对小的颗粒(例如，小于约1μm)，而粒度分布的第二峰可以对应于相对大的颗粒(例如，大于约1μm)。粒度分布的第一峰和第二峰的位置可以为研磨时间的函数，使得与较短的研磨时间相比，在较长的研磨时间后，第一峰和第二峰可以分别对应于降低的粒度。

在一些示例中，涂层204的相对小的颗粒可以涂覆阴极材料202。在一些示例中，例如当存在过量的涂层204时，相对小的颗粒可以填充阴极材料202的颗粒之间的一个或多个间隙或空隙。在一些示例中，例如当采用机械融合掺混过程时，涂层204的相对大的颗粒可以涂覆阴极材料202。在一些示例中，涂层204的相对大的颗粒可以填充阴极材料202的颗粒之间的一个或多个间隙或空隙。在一些示例中，大部分涂层204可以涂覆阴极材料202。在一些示例中，大部分涂层204可以填充阴极材料202的颗粒之间的一个或多个间隙或空隙。在一些示例中，阴极材料202与涂层204的比例为约80:20至90:10可以确保涂层204涂覆阴极材料202并填充阴极材料202的颗粒之间的一个或多个间隙或空隙。

涂层204可以在阴极材料202的表面周围形成层。如图所示，涂层204可以表面地布置在阴极材料202的外表面上，使得它们之间几乎没有化学结合或硬结合(hard bonding)。在一些示例中，可以存在离子结合或机械结合，使得涂层是软结合的。在一些示例中，机械结合可以包括通过机械力将涂层204粘附至阴极材料202的外表面，使得在它们之间几乎不存在化学结合。在一些示例中，机械结合可以由机械融合掺混过程产生，诸如以下参考图5A所描述的。此外，涂层204可以不渗透阴极材料202的外表面。

涂层204的层的厚度206可以为10微米或更小。厚度206可以与涂层204的粒度成比例。这样，厚度206可以等于或小于10微米。另外地或可替代地，厚度206可以大于0.01微米。在一个示例中，厚度206可以为0.01至10微米。在一些示例中，另外地或可替代地，厚度206可以等于或小于9微米。在一些示例中，另外地或可替代地，厚度206可以等于或小于8微米。在一些示例中，另外地或可替代地，厚度206可以等于或小于7微米。在一些示例中，另外地或可替代地，厚度206可以等于或小于6微米。在一些示例中，另外地或可替代地，厚度206可以等于或小于5微米。在一些示例中，另外地或可替代地，厚度206可以等于或小于4微米。在一些示例中，另外地或可替代地，厚度206可以等于或小于3微米。在一些示例中，另外地或可替代地，厚度206可以为0.1至2微米。在一些示例中，另外地或可替代地，厚度206可以为0.1至1微米。这样，涂层204可以布置为单电池单元片，其中涂层204的最大厚度对应于涂层204的最大粒度。相对于图3进一步描述了涂层厚度与涂层材料重量的关系。

在其他示例中，涂层204的部分可以为多个电池单元厚度。例如，一些孔208可以接收比其他孔208更多的涂层204颗粒，其中涂层204颗粒可以机械地结合到孔208的表面或与孔208的表面机械互锁。作为示例，一个或多个涂层204颗粒可以被撒入孔208的单个孔中，在一些示例中，涂层204颗粒可能相互叠加。

在一些实施例中，另外地或可替代地，在将涂层204加热或退火到阴极材料202上之后，涂层204可以更大程度地结合到阴极材料202。这种增强的结合可以包括氢键、范德华力、共价键和离子键中的一种或多种。例如，可以在涂层204和阴极材料202之间形成P-O键。另外地或替代地，也可以形成P-F键。在一些示例中，结合可以包括模拟在带电条件下比层状结构更稳定的橄榄石结构的晶格，这在涂层的先前示例中可以看出。以这种方式，当电解质接触阴极材料202时，涂层204可以保护阴极材料202免受高温的影响，不管电解质是直接接触阴极材料202还是在接触阴极材料202之前穿过涂层204。换句话说，涂层204可以减轻阴极材料202和电解质之间的相互作用，并产生更稳定的阴极系统。因此，涂层204(例如，LVPF和/或LFMP)在电池的工作温度范围内可以为热稳定的。结果，由涂层204形成的阻挡层或屏蔽层可以增加阴极材料202的寿命，同时保持阴极材料202的期望性能。

现在转向图2B，其示出了至少部分覆盖有涂层204的阴极材料202的实施方案225。其中，涂层204还包括添加剂226。添加剂226可以为碳源、氮源、金属、卤素或其氧化物中的一种或多种。

添加剂226可以为阴极材料202提供提高的导电性。如图所示，添加剂226可以保留在涂层204内。

在一些示例中，添加剂226可以包含1-10重量％的碳源，如聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、糖等。另外地或可替代地，添加剂226可以包含1-5重量％的碳源。在一个示例中，涂层204包含精确或大约精确的3重量％的碳源的添加。

现在转向图2C，其示出了涂层204和阴极材料202的实施方案250。其中，涂层204可以不是连续的。也就是说，在涂层204内可存在至少一个间隙252，在该位置阴极材料202被暴露。在一个示例中，间隙252是单个间隙。另外地或可替代地，间隙252可以为涂层204的部分之间形成的多个间隙。

现在转向图3，其示出了曲线300，该曲线示出了涂层厚度(以微米为单位)与重量比百分比之间的关系。随着重量比百分比增加，曲线302朝着较厚的涂层厚度增加。因此，当涂层的浓度增加时，更多的涂层可被撒在阴极材料上。

现在转向图4A和图4B，它们分别示出了电化学活性阴极材料的次级颗粒的第一视图400和第二视图425。更具体地说，第一视图400和第二视图425示出了使用扫描电子显微镜(SEM)成像的阴极粉末的表面形态。第二视图425是第一视图400的高放大倍率图像。

第一视图400和第二视图425示出了不带涂层的阴极材料202。在一个示例中，阴极材料202为NCM。另外地或可替代地，阴极材料202可包括过渡金属或镧系元素掺杂剂中的一种或多种。在一个示例中，阴极材料202可包含范围为0.01-5重量％，例如0.1-0.5重量％的一种或多种掺杂剂，例如铜(Cu)、锌(Zn)、铑(Rh)、钇(Y)、钪(Sc)、钛(Ti)、锆(Zr)、铌(Nb)、钼(Mo)、铬(Cr)、锰(Mn)、铈(Ce)、钐(Sm)、钕(Nd)、镨(Pr)和镧(La)。在另一个示例中，阴极材料202可以包含范围为0.01-5重量％，例如0.1-0.5重量％的一种或多种掺杂剂，例如铝(Al)、锆(Zr)、镁(Mg)、钪(Sc)、铁(Fe)、钒(V)和铌(Nb)。在又一个示例中，阴极材料202可以包括范围为0.01-5重量％，例如0.1-0.5重量％的一种或多种掺杂剂，例如Cu、Zn、Rh、Y、Sc、Ti、Zr、Nb、Mo、Cr、Mn、Ce、Sm、Nd、Pr、La、Al、Mg、Fe和V。

现在转向图4C和图4D，它们分别示出了第三视图450和第四视图475，示出了具有涂层204的涂层阴极材料的SEM图像。在一些示例中，涂层阴极材料包括涂覆有涂层204的阴极材料202，如参考图2A-2C所描述的。在一个示例中，涂层阴极材料包括涂覆有LVPF的图4A和4B的NCM阴极材料。

示出了涂层204被撒到阴极材料202上。如图所示，涂层204可以为不规则的并且其中包括间隙。因此，阴极材料202的一部分可以直接暴露于电解质。然而，阴极材料202的直接暴露于电解质的部分可以为阴极材料202的撒有涂层204的相邻部分。

如上所述，涂层204可被撒于阴极材料202，使得涂层204被保持在阴极材料202的凹槽和/或孔(例如，图2A和2B的孔208)中。在一些示例中，未覆盖的部分(例如，阴极材料202的不存在涂层204的部分)可以对应于凹槽和/或孔之间的间隔和/或间隙(例如，图2C的间隙252)。

在一些示例中，涂层204可以为连续的，使得涂层204的表面是光滑的并且不是多孔的，这可以减小涂层204的表面积，从而减少与电解质的相互作用。通过这样做，可以提高包括涂层阴极材料的阴极的寿命以及能量容量。

图4E示出了具有撒有涂层204颗粒的阴极材料202的电极的横截面490。横截面490示出还包括用于合成电极的添加剂、粘合剂等的整个电极的横截面。添加剂、粘合剂等可以与涂层204分开地掺入。

现在转向图5A和图5B，它们示出了第一实施例500和第二实施例550，示出了用涂层204涂覆阴极材料202的程序。在一些示例中，参考图5A和图5B所述的一个或多个实施例可用于掺混多种阴极材料组成(例如，NCM、NCA)以形成组合的阴极材料。图5A示出了阴极材料202，其可以在声学混合器(例如Resodyn

在一些实施方案中，可以将阴极粉末(例如阴极材料202)与LVPF或LFMP粉末机械干掺混504以形成锂离子电池的阴极506。例如，在室温下以500至3000rpm在Nobilta

在一些实施方案中，可以使用机械融合掺混过程。特别地，由离心力驱动的转子/转子壁相互作用可以驱动阴极材料202和涂层204之间的高能相互作用。通过强机械能，阴极材料202和涂层204可以通过机械和化学的一种或多种相互结合。机械融合掺混过程可以被认为是纯的干燥的过程，因为所述过程不需要使用溶剂或研磨介质。此外，在掺混/加工过程中，容器可不含空气。

图5B示出了阴极材料202和涂层204被布置在溶剂552中。在一些示例中，溶剂552可以为水。另外地或可替代地，溶剂552可以包括酸、碱、含氮化合物等。可以将阴极材料202和涂层204溶解在溶剂552中，使得它们形成的混合物是均匀的。另外地或可替代地，混合物可以为不均匀的，其中阴极材料202和涂层204中的一种或多种不溶解或不完全溶解于溶剂552中。

可以通过热处理(例如，退火)使溶剂552蒸发554以形成阴极506。热处理可以在100-300℃的温度下进行。在一些示例中，热处理可以进一步包括以上关于图5A描述的混合/搅拌/掺混。然而，热处理可以允许混合/搅拌/掺混以较低的rpm(例如500-2000rpm)发生。在一些示例中，较低的rpm可以允许涂层204连续地形成于阴极材料202周围。在一些示例中，随着混合物的溶剂含量减少，可以调节热处理的加热步骤。例如，在加热开始时溶剂552可以100％存在，其中该开始可以包括基本上等于300℃的加热温度。一旦溶剂552以小于阈值百分比(例如5％)的量存在，则加热温度可以降低至150℃。这样，随着溶剂552的浓度降低，加热温度可以逐渐降低。

另外地或可替代地，阴极材料202还可以与包含高度分散的LVPF或LFMP纳米颗粒的低沸点有机溶剂(例如，醚)溶液湿混，如图4C和4D所示。为涂层204和阴极材料202选择的材料可以在有机溶剂例如异丙醇中被机械掺混，以形成均匀的溶液。然后可以在50℃至120℃的加热和真空条件下连续搅拌来除去低沸点有机溶剂，以产生涂覆有和/或覆盖有和/或撒有LVPF或LFMP的阴极粉末。

在一个示例中，锂离子电池可以包括阴极506和互补阳极，其中阴极506和阳极经由电解质连通，并且锂离子电池布置在设备中，其中该设备包括电动汽车、混合动力汽车、手机、智能电话、全球定位系统(GPS)设备、平板设备或计算机。

在其他实施方案中，然后可以通过热处理(例如，退火)LVPF或LFMP覆盖的阴极粉末来形成涂层204。可在惰性(例如氮气或氩气流)环境下，在100℃至500℃的温度范围内，例如在约200-300℃的温度下加热干燥的混合物。在一些示例中，可以在200℃至800℃温度范围内加热混合物。在热处理时，LVPF或LFMP涂层在阴极材料202的次级颗粒的整个表面的至少一部分上形成连续和/或均匀的涂层，如图2A至2C和图4C至4E的示例所示。在一些示例中，在热处理或其他处理期间，化学键(例如氢键、离子键、共价键)可在涂层204和阴极材料202之间生成。

在一些示例中，可以在惰性气体(例如，N

如下表1所示，在0.1C、0.5C和5C的速率下，干涂的NCM阴极和湿涂的NCM阴极的能量密度可以与NCM基准材料(例如，不带涂层的阴极)的能量密度相当。例如，在0.1C速率下，10重量％LVPF湿涂的NCM阴极样品提供了642Wh/kg的能量密度，这比不带涂层的NCM基准材料低2.9％。当放电速率增加至0.5C和5C时，10重量％LVPF湿涂的NCM阴极样品分别显示585Wh/kg和423Wh/kg的能量密度，与不带涂层的NCM基准材料相比分别高11.3％和22％。提高的能量密度可能是由于LVPF的缓冲作用所致，与不带涂层的NCM阴极相比，它具有提高的倍率性能。这可能还归因于导电性改善、热量产生降低、枝状晶体生长减少、电弧放电减少等。

表1：原始/不带涂层的NCM和10重量％LVPF干/湿涂的NCM在不同速率下的能量密度总结

现在转向图6A，其示出了曲线600，该曲线示出了在各种C速率下放电能量与LVPF涂层重量比之间的关系的详细分析。LVPF涂层重量比为5％至70％。在较低的速率(例如0.1C和0.5C)下，响应于涂层变厚，涂层NCM阴极的能量密度降低。图6B示出了曲线600的对应于速率为1.0C或更低的位置的部分的放大图650。在较高速率下(例如，高于1.0C)，由于LVPF材料的高速率性能，响应于涂层变厚，涂层NCM阴极的能量密度可增加。

期望的涂层可以包括小于阈值尺寸(例如10至100微米)的材料。另外，该材料即使在高压(例如100V或更高)和高温(例如300℃或更高)下也可以为电化学稳定的。本申请可以利用LVPF或LFMP作为涂层或屏蔽材料，其可以通过与NCM和NCA的相互作用而提供缓冲作用，尤其是在升高的温度下或在高速率充电/放电和过充电条件下，并且还可以通过隔离NCM和NCA使其不与电解质直接接触来抑制放热反应。当在锂离子电池中测试时，与不带涂层的NCM和NCA活性阴极材料相比，涂层NCM和NCA活性阴极材料表现出改善的电化学和热稳定性，如以下图7A、图7B和图11所示。

在一些示例中，可以在惰性气体(例如，N

现在转向图7A和图7B，曲线700和曲线750分别示出了热处理的LFMP涂层的阴极材料和未热处理的LFMP涂层的阴极材料之间的容量和能量比较。在一些示例中，未热处理的LFMP涂层的阴极材料可以包括等于室温的温度，该温度可以为20℃至25℃。比较了300℃和200℃后退火/热处理的10重量％LFMP涂层的NCM样品(分别为曲线706、756和704、754)与未经热处理的LFMP涂层的阴极材料(曲线702、752)，其中LFMP-热处理的涂层阴极材料在高达5C下表现出等于3％的容量和能量上的增加。未经热处理的LFMP涂层的阴极材料的第一循环放电容量(FDC)和第一循环充电容量(FCC)分别为197mAh g

使用差示扫描量热法(DSC)表征涂层阴极材料的热稳定性，如图8的曲线800所示，总结于下表2中。正极(阴极)通过以下制备：将包含均匀分散于适当的铸造溶剂中的聚合物粘结剂的溶液中的阴极活性化合物和导电添加剂的半液体糊剂施加到集电器箔或栅格上，并干燥该施加的正极组合物。金属基底(例如铝箔或扩展金属栅格)用作集电器。阴极组装在单层袋式(SLP)电池单元中作为正极，锂箔作为对电极(负极或阳极)，碳酸亚乙酯(EC)和碳酸二乙酯(DEC)溶剂中的1.0M LiPF

表2：DSC数据的总结

现在转向图9，其示出了用于干混阴极材料(例如，阴极材料202)与涂层(例如，涂层204)的方法900。方法900始于902，其包括将阴极材料和涂层结合。在一个示例中，阴极材料可以为如上所述的NCM阴极材料或NCA阴极材料。在另一个示例中，阴极材料可以为NCM阴极材料或NCA阴极材料。如上所述，涂层可以为LVPF涂层或LFMP涂层或其变体。阴极材料和涂层可以处于相似或类似的相(例如，固体或液体)。在一个示例中，阴极材料和涂层都是粉末。这样，不使用溶剂。此外，阴极材料和涂层的组合中的水含量可以小于阈值量(例如，小于1％)。

方法900可以进行到904，其包括搅拌阴极材料和涂层。搅拌可包括在1,000rpm至10,000rpm机械搅拌阴极材料和涂层至少阈值量的非零时间。阈值量的时间可以为最小时间限制(例如30分钟)。因此，搅拌可发生超过阈值量的时间。此外，可以在搅拌的同时加热阴极材料和涂层。在一些示例中，阈值量的时间和加热可以成反比。作为示例，如果加热温度升高，则阈值量的时间可以减少。

方法900可以进行到906，其可以包括取回涂层阴极材料。在一些示例中，在掺混之后，相对小部分的涂层颗粒可以不涂覆阴极材料，因此可以填充涂层阴极材料的颗粒之间的一个或多个间隙或空隙。涂层阴极材料可以完成并转化为适用于锂离子电池的活性电极。然后方法900结束。

现在转向图10，其示出了用于湿混阴极材料(例如，阴极材料202)与涂层(例如，涂层204)的方法1000。方法1000开始于1002，其包括在溶剂(例如552)中混合阴极材料和涂层以获得混合物。在一个示例中，阴极材料可以为如上所述的NCM阴极材料或NCA阴极材料。在另一示例中，阴极材料可以为NCM阴极材料或NCA阴极材料。溶剂可以为醇(例如，异丙醇)、极性溶剂(例如，甲醇)、非极性溶剂(例如，醚)等。阴极材料和涂层可以等量存在。另外地或可替代地，涂层可以相对于阴极材料过量存在，以确保存在足够的涂层以涂覆阴极材料的整个表面。

在一些示例中，可以将一种或多种添加剂(例如，添加剂226)添加到混合物中。这些添加剂可以包括金属、碳源、盐等。添加剂可以与阴极材料和涂层中的一种或多种相互作用。例如，可以将过渡金属掺杂剂添加到混合物中并且仅与阴极材料反应。作为另一个示例，可以将碳源添加到混合物中并且仅与涂层反应。

方法1000可以进行到1004，其包括从混合物中蒸发溶剂。蒸发可包括将混合物加热至第一温度，其中第一温度对应于溶剂的沸腾温度。另外地或可替代地，可以将混合物置于真空下(例如，小于50Pa)以帮助去除溶剂。此外，另外地或可替代地，该混合物可以通过磁驱动搅拌棒或机械混合器进行混合，以进一步促进溶剂蒸发。

方法1000可以进行到1006，其包括加热混合物。在一些示例中，在溶剂蒸发之后加热混合物。在溶剂蒸发之后加热混合物可以包括将混合物加热到第二温度，其中第二温度大于第一温度。第二温度可以为100℃至500℃。在一些示例中，第二温度为100℃至200℃。在一些示例中，第二温度为200℃至300℃。在一些示例中，第二温度的范围为200℃至800℃。混合物可以在第二温度加热至少阈值持续时间(例如，四个小时)。

方法1000可以进行到1008，其包括取回涂层阴极材料。在一些示例中，在掺混之后，相对小部分的涂层颗粒可以不涂层阴极材料，因此可以填充涂层阴极材料的颗粒之间的一个或多个间隙或空隙。涂层阴极材料可以完成并转化为适用于锂离子电池的活性电极。然后方法1000结束。

在一个示例中，与类似电池中的不带涂层的NMC阴极相比，包括在50Ah对置的凸片大规格电池单元中的LFMP涂层的NMC阴极改善了LFMP涂层的NMC阴极的ICL。在一些示例中，这种改善可能无法完全抵消由于LFMP的较低比容量而导致的总容量降低。例如，与相应不带涂层的NMC622阴极的约16％至18％的ICL相比，将LiNi

此外，不带涂层的NMC阴极和LFMP涂层的NMC阴极均经受应力测试，该测试包括刺穿阴极至少预定距离。由于高Ni含量阴极的不稳定性，高Ni含量阴极在应力测试(例如钉穿和过充电)期间可能易于劣化。更具体地，高Ni NMC阴极在脱锂时可能变得较不稳定，并且电解质与NMC颗粒表面上的Ni离子之间的催化相互作用可以增强。催化相互作用可以使阴极电池劣化，其中劣化可以包括热稳定性的损失和阴极电池单元的温度超过预定阈值温度(例如100℃或更高)。

表3：50Ah和60Ah对置凸片大规格电池单元的钉穿测试。

钉穿测试的条件包括100％荷电状态(SOC)、室温、φ5mm的锋利钉和25mm/s。在表3所示的第一个示例中，不带涂层的NMC阴极未通过钉穿/穿刺测试。更具体地说，不带涂层的NMC阴极的温度升高到大于预定阈值温度(例如100℃)，并经历大于预定阈值电压变化(例如1V)的电压变化。在一个示例中，由于钉穿导致的不带涂层的NMC阴极的热逃逸，导致电池单元温度上升至400℃或更高。此外，不带涂层的NMC阴极的电压在钉穿发生的几乎瞬间(例如，在1或2秒内)下降至约0V，表明短路和不期望的电池单元工作条件。

然而，在第二个示例中，包含在50Ah对置凸片大规格电池单元中的LFMP涂层的NMC阴极在钉穿过程中经历了电池单元温度升高至约35℃，以及约小于0.2V的电压降。在第三个示例中，包含在60Ah的对置凸片大规格电池单元中的LFMP涂层的NMC阴极在钉穿过程中经历了电池单元温度升高至约80℃，以及约小于0.3V的电压降。因此第二和第三个示例性钉穿测试表明，即使在极端条件下，涂层也具有提高耐久性和降低阴极材料危害的能力。

现在转到图11，其示出了曲线1100，该曲线示出了在第四个示例性钉穿测试期间针对32Ah LFMP涂层的NMC的条件，该钉穿测试具有100％SOC、室温、

曲线1110代表LFMP涂层的NMC的至少一个电池单元的温度。曲线1120代表空气温度。曲线1130代表LFMP涂层的NMC的电压。如图所示，曲线1120在钉穿测试期间保持不变。曲线1120表明在钉穿测试的持续时间内，空气温度等于约21℃。

在钉穿测试开始时，LFMP涂层的NMC的温度(曲线1110)等于约21℃，电压(曲线1130)等于约4.150V。在钉穿测试开始后很快(例如，不到25秒)，电压下降至约4.13V。然而，该电压变化可以小于预定阈值电压变化。在该初始电压下降后几秒钟，电压升高回到约4.145V，并在剩余的钉穿测试中保持等于约4.145V。在钉穿入LFMP涂层的NMC后小于100秒，LFMP涂层的NMC的温度(曲线1110)升至约26℃，该温度低于预定的阈值温度。在钉穿测试的100秒之后，在剩余的钉穿测试内，LFMP涂层的NMC的温度(曲线1110)降至约25℃。因此，与不带涂层的NMC电池单元相比，LFMP涂层的NMC电池单元通过了钉穿测试，具有降低的危害。在一些示例中，包括在例如分别在上述第二和第三个示例性钉穿测试中使用的50Ah和60Ah对置凸片大规格电池单元各自中的LFMP涂层的NMC阴极可分别导致与50Ah和60Ah对置凸片大规格电池单元中的不带涂层的NMC阴极基本相似的性能益处。

现在转到图12，示出了用于干混阴极材料(例如202)与涂层(例如204)的方法1200。将理解的是，在不脱离本申请的范围的情况下，以上参照图5A和图9描述的干混合/掺混/搅拌方法的特征可被结合到方法1200。

方法1200开始于1202，包括制备阴极材料和涂层。阴极材料可以使用多种方法中的任一种制备。在一些示例中，阴极材料可以为参照图2A-2C所描述的阴极材料202。正因如此，在一个示例中，阴极材料202可以为NCM或NCA。在另一个示例中，阴极材料202可以为NCM或NCA。这样，在一些示例中，阴极材料可以通过含有锂、镍、锰、钴、铝和/或其他金属源的阴极起始材料/源的干或湿混合物来制备。在一些示例中，阴极材料可以为本体前体材料。或者，在一些示例中，本体前体材料可能被研磨成次级颗粒和初级颗粒以形成阴极材料。阴极材料次级颗粒的平均尺寸可大于1μm且小于20μm。阴极材料初级颗粒的平均尺寸可小于阴极材料次级颗粒的平均尺寸。在一些示例中，制备阴极材料，使阴极材料完全或基本上完全干燥且不含溶剂。

可以使用多种方法中的任一种来制备涂层。在一些示例中，涂层可以为以上参考图2A-图2C描述的涂层204。这样，涂层可以为LVPF和/或LFMP。这样，在一些示例中，可以通过包含锂、铁、锰、钒、氟和/或磷酸盐的涂层起始材料/源以及附加的掺杂剂金属源的干或湿混合物来制备涂层。在一些示例中，涂层可以由本体前体材料制备。这样，本体前体材料可被研磨成次级颗粒和初级颗粒以形成涂层。涂层次级颗粒的平均尺寸可以大于0.1μm且小于10μm。涂层初级颗粒的平均尺寸可以小于涂层次级颗粒的平均尺寸。在一些示例中，制备涂层，以使涂层完全或基本上完全干燥且不含溶剂。

方法1200可以进行到1204，其包括将阴极材料和涂层结合。

方法1200可以进行到1206，其包括在干掺混或研磨过程中混合阴极材料和涂层。在一些示例中，阴极材料和涂层均可以为颗粒形式的。在其他示例中，仅涂层可以为颗粒形式的。阴极材料和涂层颗粒可以被机械掺混并使用例如辊磨机干磨预选时间段。可以通过涂层颗粒的量、阴极材料的量和混合时间来优化阴极材料上的涂层颗粒的条件。在一些示例中，辊磨机可包括氧化锆研磨介质球，其可有助于涂层颗粒与阴极材料的分散。因此，涂层颗粒可以物理方式涂覆阴极材料，其中通过范德华分子力和/或机械力将涂层颗粒粘附至阴极材料表面的阈值面积(例如，总表面积、小于总表面积)。在一些示例中，涂层颗粒在阴极材料上的混合和随后的涂覆可以为物理过程，而不是由于涂层颗粒与阴极材料之间发生的化学反应。在其他示例中，在随后的加热过程中，在涂层颗粒和阴极材料之间可产生化学键(例如氢键、离子键、共价键)。

方法1200可以进行到1208，其包括取回涂层阴极材料。在一些示例中，在掺混之后，相对小部分的涂层颗粒可以不涂层阴极材料，因此可以填充涂层阴极材料的颗粒之间的一个或多个间隙或空隙。涂层阴极材料可以完成并转化为适用于锂离子电池的活性电极。然后方法1200结束。

以这种方式，阴极材料可具有设置在阴极材料的外表面上的涂层，以限制阴极材料暴露于电解质。与不带涂层的阴极材料相比，将涂层施加到阴极材料上的技术效果是保持或增强阴极材料的能量和容量特性，同时提供提高的耐久性。另外，涂层可以防止在多个充电和放电循环中的能量和/或容量损失，从而使得包括所述阴极材料的电池不会像包括不带涂层的阴极的电池一样快地劣化。

在一个示例中，包含包括大于或等于60％的镍含量的阴极材料的系统，其中该阴极材料是锂镍锰钴氧化物(NCM)或锂镍钴铝氧化物(NCA)，其中所述NCM或所述NCA包括Al、Zr、Mg、Sc、Fe、V和Nb中的一种或多种，以及设置于所述阴极材料的外表面的阈值面积上的涂层，其中，所述涂层为氟磷酸钒锂(LVPF)和/或磷酸锰铁锂(LFMP)，其中LVPF包含LiVPO

在另一个示例中，锂离子电池包括经由电解质连通的阴极和阳极；阴极包含包括大于或等于60％的镍含量的阴极材料，其中阴极材料是锂镍锰钴氧化物(NCM)或锂镍钴铝氧化物(NCA)，其中NCM或NCA包括Al、Zr、Mg、Sc、Fe、V和Nb中的一种或多种，以及设置在阴极材料的外表面上的涂层，所述涂层为氟磷酸钒锂(LVPF)和/或磷酸锰铁锂(LFMP)，其中LVPF包括LiVPO

在另一个示例中，一种方法包括：制备阴极材料和涂层，将阴极材料与涂层结合，并在干磨过程中将阴极材料和涂层混合，其中阴极材料包括锂镍锰钴氧化物(NCM)或锂镍钴铝氧化物(NCA)，其中NCM包括Li

以下权利要求特别指出了被认为是新颖且非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可以指代“一个”要素或“第一”要素或其等同物。这样的权利要求应理解为包括一个或多个这样的要素的结合，既不需要也不排除两个或多个这样的要素。可以通过修改本权利要求或通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求来主张所公开的特征、功能、要素和/或特性的其他组合和子组合。这样的权利要求，无论在范围上与原始权利要求相比更宽、更窄、相同或不同，也被认为包括在本申请的主题内。