JP2024506474A - マイクロ波プラズマ処理を用いた単結晶正極材料 - Google Patents

マイクロ波プラズマ処理を用いた単結晶正極材料 Download PDF

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Abstract

本明細書には、原料およびマイクロ波プラズマ処理を使用して、ＮＭＣなどのサブミクロンスケールまたはミクロンスケールの単結晶正極（ＳＣＣ）材料を合成するための、システムおよび方法が開示される。これらＳＣＣ材料のマイクロ波プラズマ処理は、低コストで拡張性のあるアプローチを提供する。いくつかの実施形態では、先進的なＳＣＣ材料を、原材料のマイクロ波プラズマ処理を通じて合成することができ、このＳＣＣ材料はニッケルを少なくとも８０％含むことができる。いくつかの実施形態では、前記マイクロ波プラズマ処理により、極めて短時間の焼成でＳＣＣ材料を合成することが可能になる。

Description

参照による優先権出願の組み込み
本願は、２０２１年１月１９日に出願された米国仮出願第６３／１３９，１９８号の３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）による優先権の利益を主張するものであり、その開示全体が参照により本明細書に取り込まれるものとする。
背景
分野
本開示のいくつかの実施形態は、マイクロ波プラズマ処理を用いて原料から単結晶正極材料を製造または合成するためのシステムおよび方法に関する。
酸化物ベースのリチウムイオン正極のニッケル含有量は、ポータブル電源および自動車用途の両方において、より高いエネルギー密度を可能にするため、着実に増加してきている。しかし、安定性と反応性の問題により、市場におけるＮＭＣ８１１の採用は沈滞気味である。ＮＭＣ８１１は、８０％ニッケル、１０％マンガン、および１０％コバルトを含む正極組成物である。
リチウムニッケルコバルトマンガン酸化物（ＮＣＭまたはＮＭＣ）およびリチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物（ＮＣＡ）などの、高ニッケル遷移金属酸化物正極材料では、それらのニッケル含有量に起因するいくつかの故障モードの発生がみられる。各故障モードは、少なくとも部分的には、ＬＮＯ格子内の酸素結合が比較的弱いことと、リチウム層内のＮｉ２＋イオンの安定性が高いことに起因する。
ある故障モードには、充電状態における構造のバルク不安定化が含まれ、この際、酸素が酸化により失われてＮｉ２＋が残され、これが遷移層からリチウム層へと移動する。この故障は、電気化学セル内のリチウムの損失の直接的な結果であり、それによって電圧ウィンドウが上方に移動し、正極における充電電圧が徐々に増加する。これは、リチウムの拡散に対する抵抗の増加と、レート能力の低下とを引き起こす、サイクル故障である。
他の故障モードには、ニッケルの酸化状態の損失が含まれ、この際、粒界における規則正しい層状構造がスピネル、そしてＮｉＯに変化する。ＮｉＯにおいてはリチウムの拡散が極めて悪く、そのためレート能力に直接的な影響が及ぶ。この故障はまた、結晶凝集体の凝集力の低下を引き起こし、これにより、サイクル中の結晶の膨張および収縮に伴って、粒界に沿った粒子の亀裂が促進される。従って、粒同士の接続が内部で断たれるため、レート能力の損失は容量の損失を伴う。
さらなる他の故障モードには、被覆されていない材料の表面における電解質の不安定性が含まれる。ここで、Ｎｉ４＋酸化物は触媒表面の役割を果たし、これがガス発生および電解質溶媒の他の分解経路をもたらす。
表面コーティングおよび電解質配合物として採用されるＮＭＣ８１１により、上記の問題が部分的に対処される。しかし、単結晶ＮＭＣ８１１によりさらなる改善が可能になると期待される。単結晶正極材料（ＳＣＣ）は、高ニッケル材料の故障モードに対処するメカニズムを通じて、サイクル寿命、反応性、および安全性に関して利益をもたらすことが示されている。すなわち、ＳＣＣ材料は脆弱な粒子内粒界を有さない。また、ＳＣＣの粒面は、対応する多結晶と比較して表面積が小さく、欠陥が比較的少ないため、一部の故障
モードが軽減される。このように、単結晶材料によって１つまたは複数の故障モードが軽減または排除されるため、ＮＭＣ８１１や、より高いニッケル含有量を実現することができる。
ＳＣＣの形態の生成は、一般的には、ニッケル含有量がＬｉＮｉ０．５Ｃｏ０．２Ｍｎ０．３Ｏ２（ＮＭＣ５２３）までは追加の処理によって容易に行えるが、ニッケル組成が６０％超になると次第に難しく、コストがかかるようになる。同じ構造上の問題で電気化学的不安定性が生ずると、ＳＣＣ合成も妨げられる。二酸化リチウムニッケル（ＬＮＯ）の酸素結合が弱いと、リチウムコバルト酸化物（ＬＣＯ）などに対して大きな結晶を成長させるのに必要な高温が得られなくなる。これは、酸素とリチウムの両方が失われ、不規則な材料となるためである。この問題を回避するために、当業者はフラックスを用いて低温における遷移金属の拡散速度を高めた。これらのフラックスは、ＮａＣｌもしくはＬｉＣｌなどの塩、または過剰の水酸化もしくは炭酸リチウムであり得る。フラックスを用いる場合でも、大型の結晶とするには、金属酸化物とフラックスが密に接触する必要がある。大過剰のリチウムを用いた完全溶融硝酸塩合成では、低温でのＳＣＣ合成には急速な拡散が必要であることが示されている。より伝統的な共沈水酸化物も示されているが、リチウム／フラックスを使用した積極的な粉砕が必要となる。フラックスからの遷移金属の拡散を高めるにはコストがかかり、焼成中に形成される硬質の塊（ｈａｒｄ ｂｒｉｃｋｓ）を積極的な粉砕によって壊す必要がある。また、残留した過剰なリチウム／フラックスを洗浄によって除去し、その後、熱処理により、洗浄による損傷を修復する必要がある。これらの方法によって８１１までのニッケル含有量の正極材料の単結晶が可能になったが、これにはかなりの処理コストがかかる。
このように、単結晶リチウムイオン正極材料を合成するための改良されたシステムおよび方法が必要とされている。
本概要の目的のため、本発明の一部の態様、利点、および新規特徴をここに記載する。必ずしもこのような利点の全てが本発明の任意の特定の実施形態によって達成され得るわけではないことを理解すべきである。従って、例えば、当業者は、本明細書に教示される１つの利点または一群の利点を達成する際に、必ずしも本明細書に教示または示唆され得る他の利点が達成されない様式で、本発明を具現化または実行してもよいことを認識するであろう。
いくつかの態様は、単結晶正極（ＳＣＣ）粉末を合成する方法であって、
リチウム、ニッケル、およびコバルトを含む固体または液体原料を提供する工程；
前記原料をマイクロ波生成プラズマに導入することによって、硝酸リチウムを含むＳＣＣの固体前駆体を生成する工程；
前記プレＳＣＣ産物を約８００℃で約１～約５時間焼成することにより、凝集ＳＣＣ材料を生成する工程；ならびに、
前記凝集ＳＣＣ材料を解砕してＳＣＣ粉末を生成する工程；
を含む、方法を含む。
いくつかの実施形態では、ＳＣＣ粉末はリチウムニッケルコバルトマンガン酸化物（ＮＭＣ）粉末を含む。いくつかの実施形態では、ＮＭＣ粉末はＮＭＣ－８１１を含む。いくつかの実施形態では、ＮＭＣ粉末はニッケルを少なくとも８０重量％含む。いくつかの実施形態では、ＳＣＣ粉末はリチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物（ＮＣＡ）粉末を含む。いくつかの実施形態では、ＮＣＡ粉末はニッケルを少なくとも８０重量％含む。いくつかの実施形態では、原料はさらにマンガンを含む。いくつかの実施形態では、原料はさらにアルミニウムを含む。いくつかの実施形態では、原料は、水に溶解した、リチウ
ム、ニッケル、およびコバルト硝酸塩、またはリチウム、ニッケル、およびコバルト酢酸塩を含む。いくつかの実施形態では、原料は、酸化ニッケル、酸化マンガン、および酸化コバルトを含む。
いくつかの実施形態では、方法は、原料をマイクロ波生成プラズマに導入する前に、原料を噴霧乾燥することをさらに含む。いくつかの実施形態では、方法は、固体産物を焼成する前または焼成している間に、リチウムを固体産物に添加することをさらに含む。
いくつかの実施形態では、硝酸リチウムがプレＳＣＣ産物の孔内に位置する。いくつかの実施形態において、原料は、マイクロ波生成プラズマを生成するマイクロ波プラズマトーチのプルームの下流の、マイクロ波生成プラズマに導入される。
いくつかの態様は、単結晶正極（ＳＣＣ）リチウムニッケルコバルトマンガン酸化物（ＮＭＣ）粉末であって、
リチウム、ニッケル、マンガン、およびコバルトを含む固体または液体原料を提供する工程；
前記原料をマイクロ波生成プラズマに導入することによって、硝酸リチウムを含む固体プレＳＣＣ産物を生成する工程；
前記固体産物を約８００℃で約１～約５時間焼成することにより、凝集ＳＣＣ材料を生成する工程；ならびに、
前記凝集ＳＣＣ材料を解砕してＳＣＣ ＮＭＣ粉末を生成する工程；
を含む方法によって形成された、ＳＣＣ ＮＭＣ粉末を含む。
いくつかの実施形態では、ＮＭＣ粉末は、ＮＭＣ－８１１を含む。いくつかの実施形態では、ＮＭＣ粉末は、ニッケルを少なくとも８０重量％含む。いくつかの実施形態では、原料は、水に溶解した、リチウム、ニッケル、およびコバルト硝酸塩、またはリチウム、ニッケル、およびコバルト酢酸塩を含む。いくつかの実施形態では、原料は、酸化ニッケル、酸化マンガン、および酸化コバルトを含む。
いくつかの態様は、単結晶正極（ＳＣＣ）材料を合成する方法であって、
固体または液体原料を提供する工程；
前記原料をマイクロ波生成プラズマに導入することによって、ＳＣＣ材料の固体前駆体を生成する工程；および
前記ＳＣＣ材料の固体前駆体を焼成して、ＳＣＣ材料を生成する工程；
を含む、方法を含む。
いくつかの実施形態では、ＳＣＣ材料は、リチウムニッケルコバルトマンガン酸化物（ＮＭＣ）粉末を含む。いくつかの実施形態では、ＮＭＣ粉末は、ＮＭＣ－８１１を含む。いくつかの実施形態では、ＮＭＣ粉末は、ニッケルを少なくとも８０重量％含む。
いくつかの実施形態では、ＳＣＣ材料の固体前駆体は、不規則な、酸化物微細構造を有するＮＭＣを含む。いくつかの実施形態では、ＳＣＣ材料の固体前駆体は、硝酸リチウムで満たされた孔を有するＮＭＣを含む。
いくつかの実施形態では、ＳＣＣ材料は、リチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物（ＮＣＡ）粉末を含む。いくつかの実施形態では、ＮＣＡ粉末は、ニッケルを少なくとも８０重量％含む。いくつかの実施形態では、ＳＣＣ材料は、スピネルまたはＮａＦｅＯ２を含む。いくつかの実施形態では、原料は、マンガン、アルミニウム、マグネシウム、チタン、ジルコニウム、鉄、またはナトリウムを含む。
いくつかの実施形態では、原料は、水に溶解した、リチウム、ニッケル、およびコバルト硝酸塩、またはリチウム、ニッケル、およびコバルト酢酸塩を含む。いくつかの実施形態では、原料は、噴霧乾燥、乾式粉砕、またはブレンディングを使用して乾燥させた乾燥原料を含む。
いくつかの実施形態では、ＳＣＣ材料は、凝集ＳＣＣ材料を含み、方法は、凝集ＳＣＣ材料を解砕してＳＣＣ粉末を生成する工程をさらに含む。
いくつかの実施形態では、方法は、ＳＣＣ材料の固体前駆体を焼成する前または焼成している間に、リチウムまたはリチウム塩を前記ＳＣＣ材料の固体前駆体に添加する工程をさらに含む。
いくつかの実施形態では、硝酸リチウムが、プレＳＣＣ産物の孔内に位置する。いくつかの実施形態では、ＳＣＣ材料の固体前駆体を、約６５０℃～１０００℃の間の温度で約０．２５時間～約１０時間焼成する。
いくつかの態様は、
固体または液体の原料を提供する工程；
前記原料をマイクロ波生成プラズマに導入することによって、ＳＣＣ材料の固体前駆体を生成する工程；および
前記ＳＣＣ材料の固体前駆体を焼成して、ＳＣＣ材料を生成する工程；
を含む方法によって形成される、単結晶正極（ＳＣＣ）材料を含む。
いくつかの実施形態では、ＳＣＣ材料は、ＮＭＣを含む。いくつかの実施形態では、ＮＭＣは、ニッケルを少なくとも８０重量％含む。いくつかの実施形態では、ＳＣＣ材料は、スピネルまたはＮａＦｅＯ２を含む。
例示的な実施形態の説明のために図面が提供されるが、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。添付図面と併せて次の説明を参照することにより、本明細書に記載されるシステムおよび方法のより良い理解が促されるであろう。
図１は、本明細書のいくつかの実施形態によるマイクロ波プラズマ処理装置の一例の、システム概略図を示す。
図２は、本明細書のいくつかの実施形態によるマイクロ波プラズマ処理装置の一例の、他のシステム概略図を示す。
図３は、本明細書のいくつかの実施形態によるリチウムイオン／固体化学のためのプラズマ処理システムにおける、化学的性質およびサイズ柔軟性の例を示す。
図４は、本明細書の実施形態によって合成されたＮＭＣ粉末の形態の一例の、顕微鏡像を示す。
図５は、本明細書に記載されたいくつかの実施形態によるＳＣＣ材料を生成するための、方法のフローチャートの例を示す。
図６は、本明細書の実施形態によって合成されたＮＭＣ粉末の形態の他の例の、顕微鏡像を示す。
図７は、本明細書に記載されたいくつかの実施形態によるＳＣＣ材料を生成するための、他の方法のフローチャートの例を示す。
図８は、本明細書における実施形態によって合成されたＮＭＣ粉末の形態の他の例の、顕微鏡像を示す。
図９は、本明細書に記載されたいくつかの実施形態によるＳＣＣ材料を生成するための、他の方法のフローチャートの例を示す。
図１０は、本明細書における実施形態によって合成されたＮＭＣ粉末の形態の他の例の、顕微鏡像を示す。
特定の好ましい実施形態および実施例を以下に開示するが、発明の主題は、具体的に開示された実施形態を越えて、代替となる他の実施形態および／または使用、ならびにその改変物および等価物にも及ぶ。従って、本明細書に添付された特許請求の範囲は、以下に記載されるいずれの特定の実施形態によっても限定されない。例えば、本明細書に開示される任意の方法またはプロセスにおいて、方法またはプロセスの行為または操作は、任意の適した順番で実行してよく、特定の開示された順番には必ずしも限定されない。各種操作を、特定の実施形態の理解の手助けとなるように、複数の個別の操作として順に説明する場合がある。しかし、説明の順序は、これらの操作が順序に依存することを意味すると解釈されるべきではない。また、本明細書に記載された構造、システム、および／または装置は、統合されたコンポーネントとして、あるいは別個のコンポーネントとして、具体化されてもよい。各種実施形態を比較する目的で、これら実施形態の特定の態様および利点が記載される。必ずしもそのような態様または利点の全てが、いずれかの特定の実施形態によって達成されるわけではない。従って、例えば、本明細書に教示される１つの利点または一群の利点を達成または最適化する際に、必ずしも本明細書に教示または示唆され得る他の態様または利点が達成されない様式で、各種実施形態を実行してもよい。
本明細書に開示される装置および方法の構造、機能、製造、および使用の原理について全体的な理解を提供するために、特定の例示的な実施形態について以下に説明する。これら実施形態の１つまたは複数の例を、添付の図面で説明する。当業者は、本明細書で具体的に説明され、添付の図面に示された装置および方法が、限定されない例示的な実施形態であるということ、そして、本発明の範囲が特許請求の範囲によってのみ定義されるということを理解するであろう。１つの例示的な実施形態と関連して説明または記載された特徴を、他の実施形態の特徴と組み合わせてもよい。このような改変および変形も、本技術の範囲内に含まれることが意図される。
本明細書には、マイクロ波プラズマ処理を使用して、ＮＭＣなどのナノスケールおよびマイクロスケールのＳＣＣ材料を合成するためのシステムおよび方法が開示される。本明細書に記載される単結晶材料には、リチウム化遷移金属酸化物、一般的には、例えば、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｃａ、Ｋ、およびＮａなどのドーパントを含む、または含まない、スピネル、層状ＮａＦｅＯ２構造、リチウムニッケル酸化物（層状）、および置換リチウムニッケル酸化物（ＮＣ、ＮＡ、ＮＣＭ、およびＮＣＡ）などが含まれ得る。単結晶は従来、共沈、長時間焼成、および後処理を組み合わせて小規模で合成される。共沈を用いた方法は、複数の長時間の工程を要し、沈殿物を洗浄するために大量の水を消費し、大量の廃棄物を発生させる。この洗浄は、共沈液体前駆体化学物質中に存在する、ナトリウムおよび硫黄などの不要な材料を除去するために、複数回行われる。さらに、共沈によってリチウムを含まない材料が生成し、リチウムは共沈産物を洗浄および乾燥した後の追加の工程で添加されることになる。また、特定のドーパントを材料に添加するこ
とが難しい場合がある。この方法は、焼成工程中に共沈産物中にリチウムを拡散させることに依存しており、リチウムをバルク中に拡散させるために比較的高い温度と長い焼成時間とを必要とする。さらに、この処理は開始してから最終産物である固体沈殿物を得るまでに何日か必要な場合がある。また、共沈法によって生成された固体前駆体はリチウムを含んでいないため、前駆体にリチウム化合物を添加して混合物を適切な温度でさらに焼成する、追加のリチウム化工程が必要である。リチウムを前駆体材料に組み込むプロセスは、前駆体粒子のバルクへのリチウムの拡散によって起こる。これには高温（７００℃～１０００℃）が必要であり、また、１０時間以上という長い焼成時間が必要である。
本明細書の実施形態によれば、共沈によることなく、低い焼成温度で、大規模にＳＣＣ材料を合成することができる。本明細書のいくつかの実施形態は、リチウムイオン電池の正極において使用するためのＳＣＣ粉末を調製する方法を含み、この方法は、溶媒に溶解したリチウムを含む金属塩の粗原料を提供すること、粗原料を混合して原材料を形成すること、および、原材料をマイクロ波プラズマ処理にかけてマイクロスケール以下のサイズのＳＣＣ粉末を生成することを含む。生成した固体粉末は、ＮＭＣ構成材料の全部、または一部を含んでいてよい。いくつかの実施形態では、マイクロ波プラズマ処理後に熱後処理は行われない。いくつかの実施形態では、ＳＣＣは、混入物が少ないように、または混入物を含まないようにすることができる。さらに、このＳＣＣは、標準的な共沈によるものと比べて非常に安価であり、かつ速やかに生成することができる。従って、製造コストを減らすことができる。また、大量の水を使用する必要性をマイクロ波プラズマ処理によって省くことができる。いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるいずれの方法も、共沈、濾過、または洗浄／乾燥の１つまたは複数を必要としない。また、いくつかの実施形態では、方法は、続けて熱処理を必要とする別個の工程として、どのような粉末にもリチウムの添加を行う必要がない。いくつかの実施形態は焼成を必要としないが、他の実施形態は焼成を利用する場合がある。
本明細書に開示される方法では、ナノまたはミクロンサイズのＳＣＣ粉末（単結晶ＮＭＣ粉末など）を生成することができ、これを数日単位ではなく数時間単位で完了することができる。具体的には、このプロセスは、液体または固体前駆体をマイクロ波プラズマ工程に導入することによる最小限の処理工程において生成される、遷移金属酸化物を含んだ単結晶リチウムを合成するために使用することができる。マイクロ波生成プラズマは、前駆体を、化学的性質およびＸ線回折分析によって定義される適切な単結晶構造を有する結晶化材料に変換し、焼成などのマイクロ波プラズマ処理後の熱後処理は必ずしも必要ではない。また、本明細書に記載のマイクロ波プラズマ装置と、誘導プラズマなどの他のプラズマ生成トーチとの間には、大きな違いが存在する。例えば、マイクロ波プラズマはプラズマプルームの内側でより高温だが、誘導はプルームの外側でより高温となる。特に、誘導プラズマの外側領域は約１０，０００Ｋに達し得るが、内側処理領域は約１０００Ｋにしか達しない場合がある。この大きな温度の違いは、処理および供給の問題につながる。
本明細書のいくつかの実施形態は、マイクロ波プラズマ処理を利用して、高度な、超高Ｎｉの、単結晶正極（ＳＣＣ）産物を合成し、このような材料を処理する際の既存の問題を克服するためのシステムおよび方法を対象とする。これらＳＣＣ材料のマイクロ波プラズマ処理により、低コストで拡張性のあるアプローチが提供される。いくつかの実施形態では、先進的なＳＣＣ材料を、原材料のマイクロ波プラズマ処理を通じて合成することができ、このＳＣＣ材料はニッケルを少なくとも８０％含むことができる。いくつかの実施形態では、前記マイクロ波プラズマ処理により、極めて短時間の焼成でＳＣＣ材料を合成することが可能になる。
いくつかの実施形態では、マイクロ波プラズマ処理は、マイクロ波発生器；導波管；液体原料および固体原料の両方を供給できる材料供給システム；プラズマ生成ゾーン、反応
ゾーン、および反応後熱プロファイルゾーンを含むリアクタ；プラズマ反応ゾーンパラメータおよび熱プロファイルを制御するための複数のガス供給口；ならびに、材料収集システム；を備えたマイクロ波プラズマ処理装置によって提供され得る。マイクロ波プラズマ処理装置の一例の、システム概略図を図１に示す。図示されているように、装置は、固体または液体原料のプラズマ処理装置への投入を受け入れるための、ホッパーまたはネブライザーの形態の前駆体／原料供給口を備えていてよい。いくつかの実施形態では、原料は、１つまたは複数のキャリア液とともに投入されてよい。所望の産物のために必要な全ての元素を含んだ原料を、プラズマに供給してよい。例えば、原料は、ＮＭＣ構成材料の全部、または一部を含んでいてよい。
いくつかの実施形態では、原料は、塩水溶液を含有し、配合物の化学的性質およびドーパントに著しい柔軟性をもたらすものであってよい。いくつかの実施形態では、前記の塩は、リチウム、ニッケル、マンガン、コバルト、またはそれらの組み合わせを含んだ金属塩を含んでいてよい。金属塩の例としては、限定されるものではないが、酢酸塩、臭化物、炭酸塩、塩素酸塩、塩化物、フッ化物、ギ酸塩、水酸化物、ヨウ化物、硝酸塩、亜硝酸塩、シュウ酸塩、酸化物、過塩素酸塩、硫酸塩、カルボン酸塩、リン酸塩、硝酸塩、およびオキシ硝酸塩が挙げられる。金属塩は、水（脱イオン水など）、各種アルコール、エタノール、メタノール、キシレン、有機溶媒、または溶媒混合物などの適当な溶媒に溶解し、混合／撹拌することができ、あるいは、不溶または部分的に可溶な粉末を適当な媒体中に分散させて、液体前駆体を形成することもできる。いくつかの実施形態では、硝酸または水酸化アンモニウムなどの、金属を含まない強酸および塩基を用いて、液体前駆体のｐＨを１～１４の範囲で調整することができる。特定の全体組成を有する固体溶液または混合物からなる固体粉末原料も別個に調整し、固体原料として使用することができる。溶媒の温度、ｐＨ、および組成が、溶媒に溶解できる金属塩の量に影響する場合があり、ひいてはプロセスの処理量に影響する場合がある。
それぞれの塩／固体を、溶解／懸濁する量を計算し、製造対象となるＳＣＣ（例えばＮＭＣ）材料に対して所望の最終的な化学量論（ｆｉｎａｌ ｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｙ）を与えることができる。一例を挙げると、ＮＭＣ６２２を製造する際、ＮＭＣ６２２の最終産物中に１モルのリチウムを生ずるようにリチウム塩の量を計算し、０．６モルのニッケルを生ずるようにニッケル塩の量を計算し、０．２モルのマンガンを生ずるようにマンガン塩の量を計算し、０．２モルのコバルトを生ずるようにコバルト塩の量を計算する。しかし、場合によって、溶解／懸濁するいずれの塩／固体の量も、算出された理論量を上回ることができる。場合によって、リチウム、マンガン、または他の遷移金属もしくは構成元素がマイクロ波プラズマ処理中に蒸発し、最終産物中の金属量が算出された理論量よりも少なくなる場合がある。前駆体溶液／分散物中の、塩／固体の量を増加させれば、蒸発した金属が補われ、最終的な所望の化学量論に達する場合がある。必要な場合、塩溶液／固体分散物をよく撹拌および濾過することによって、沈殿物の無い、きれいな溶液を生成することができる。エタノール、クエン酸、酢酸、およびギ酸などの添加化学物質を加えることによって、形態や化学反応を制御してもよい。
いくつかの実施形態では、装置は、マイクロ波プラズマ形成または生成ゾーンを備えていてもよく、そのゾーンでは、マイクロ波発生器によって生成したマイクロ波にガスを曝露し、それによってガスをイオン化させてマイクロ波プラズマを生成する。産物の化学的性質に適したガス（酸素、窒素、アルゴンなど）を使用して、安定かつ均一なマイクロ波プラズマが形成される。いくつかの実施形態では、マイクロ波プラズマ生成ゾーン内またはその下流で、原料および任意のキャリア液をプラズマに曝露してもよく、プラズマに曝露された際に、キャリア液は蒸発してもよく、原料は物理的および／または化学的な反応を受けてもよい。プラズマの温度と反応性により、いずれのキャリア液も速やかに蒸発してもよく、また、よく混合された前駆体が反応して所望の化合物を生成してもよい。材料
がプラズマ処理装置をさらに通過していくのに伴い、この領域の長さと温度プロフィールとに制御されながら微細構造が生じてゆく。プラズマへの曝露の際に、プラズマ処理装置内の各種パラメータ、特に、温度、圧力、および原料滞留時間を変更することで、所望の材料を得てもよい。例えば、原料液滴サイズ、反応雰囲気、プラズマ出力、原料滞留時間、および前駆体の化学的性質を制御することで、目的の産物の粒径、形態、および微細構造を制御することが可能となる。いくつかの実施形態では、プラズマへの曝露後、所望の産物粒径に応じて、産物をサイクロンまたはバグハウスのいずれかに収集する。いくつかの実施形態では、このプロセスにかかる時間は２秒未満であり、装置の設置面積が小さく、変換コストが非常に低くなる。いくつかの実施形態では、収集された産物を所定の温度で所定の時間焼成し、すべての所望の構成元素と所望の結晶構造を有するＳＣＣ電気活性材料を形成してよい。いくつかの実施形態では、電気活性材料を形成するのに焼成は必要ない。プラズマ処理技術の柔軟性を図３に示す。図には、電池材料のサンプルと製造し得る粒径が含まれる。
具体的には、リチウム含有粒子およびＬｉイオン電池材料を生成するための方法、システム、および装置が本明細書に開示されている。Ｌｉイオン電池の正極材料の例として、ＬｉＮｉｘＭｎｙＣｏｚＯ２（ＮＭＣ）（式中、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１（または約１））などのリチウム含有遷移金属酸化物が挙げられる。
多孔度、粒径、粒径分布、相組成と純度、および微細構造などの、最終的なＳＣＣ粉末粒子の各種特徴を、各種プロセスパラメータおよび投入材料の微調整によって、調整および制御することができる。いくつかの実施形態では、これらには、前駆体溶液の化学的性質、液滴サイズ、プラズマガス流量、プラズマ処理ガスの選択、プラズマ内での液滴の滞留時間、急冷速度、およびプラズマの出力密度などが含まれ得る。いくつかの実施形態では、これらのプロセスパラメータを調整することにより、調整された表面積と、特定の多孔度と、低抵抗のＬｉイオン拡散経路と、約±２％の狭いサイズ分布とを有し、マイクロまたはナノ粒子微細構造を含んだ、ミクロンおよび／またはサブミクロンスケールの粒子を生成することができる。
この液体または固体いずれかの原材料をプラズマに導入し、処理することができる。米国特許公開第２０１８／０２９７１２２号、米国特許第８，７４８，７８５号、および米国特許第９，９３２，６７３号は、開示された方法、特にマイクロ波プラズマ処理に用いられ得る、特定の処理技術を開示している。従って、米国特許公開第２０１８／０２９７１２２号、米国特許第８，７４８，７８５号、および米国特許第９，９３２，６７３号は、その全体が参照により組み込まれたものとし、記載された技術は、本明細書に記載された原料に適用可能であると考えられるべきである。前記プラズマの例として、実質的に均質な温度プロファイルを有するマイクロ波生成プラズマを挙げることができる。
図２は、本明細書のいくつかの実施形態による、ＳＣＣ材料の生成に利用することができるマイクロ波プラズマトーチ装置１００の他の例を示す。上記で議論されるように、いくつかの実施形態では、１つまたは複数の原料投入口１０２から原料をマイクロ波生成プラズマ１０４へと導入することができる。いくつかの実施形態では、マイクロ波放射源１０６を介してプラズマ１０４を点火するのに先立ち、同伴ガス（ｅｎｔｒａｉｎｍｅｎｔ
ｇａｓ）流および／またはシース流をマイクロ波プラズマトーチ１００内に注入し、プラズマトーチ内にフロー条件を作り出してもよい。いくつかの実施形態では、マイクロ波プラズマトーチは、図１の実施形態に示される上部供給ホッパーまたはネブライザーではなく、側方供給ホッパーまたはネブライザーを含み、それによって下流への供給を可能にしてもよい。従って、側方供給を行う場合、マイクロ波プラズマトーチの「プルーム」または「排気」内で処理を行うために、マイクロ波プラズマトーチアプリケータの後に原料を注入してもよい。よって、上部供給（すなわち上流供給）の形態とは異なり、マイクロ
波プラズマトーチのプラズマをプラズマトーチの出口端でエンゲージ（ｅｎｇａｇｅｄ）することによって原料の下流供給を可能にしてもよい。他の供給形態には、プラズマプルームを取り囲む１個または複数個の、個別の供給ノズルが含まれていてもよい。原料の粉末またはスプレーは、任意の方向からプラズマへと入ることができ、プラズマの周囲３６０°で供給することができる。原料粉末は、プラズマプルームの長さに沿った特定の位置、例えば、粒子を十分に反応させるための特定の温度が測定され、滞留時間が見積もられた、ホットゾーンなどにおいてプラズマに入ることができる。反応後の粒子はプラズマから出て密閉チャンバーに入り、そこで急冷された後、収集される。いくつかの実施形態では、マイクロ波プラズマトーチのプラズマは、プラズマトーチコアチューブ１０８の出口端、またはさらにその下流においてエンゲージする。いくつかの実施形態では、下流での供給が調整可能であるため、目標とする温度レベルおよび滞留時間を正確に定め、それによって、原料の最適な溶融に適した温度で、原料を下流のプラズマプルームとエンゲージさせることができる。投入口の位置およびプラズマ特性を調整することにより、材料特性のさらなるカスタマイズが可能となる場合がある。また、いくつかの実施形態では、出力、ガス流量、圧力、および装置構成（延長チューブの導入など）を調整することにより、プラズマプルームの長さを調整してもよい。また、原料は、得られる材料の特性を望ましいものにするために、特定の温度が測定され、滞留時間が推定された投入口１０２の配置を調整することによって、プラズマ１０４の長さに沿った特定の位置でプラズマに入れることができる。
いくつかの実施形態では、マイクロ波放射源１０６を介してプラズマを点火するのに先立ち、同伴ガス流およびシース流（下向き矢印）を投入口から注入し、プラズマトーチ内にフロー条件を作り出してもよい。いくつかの実施形態では、同伴ガス流およびシース流はともに軸対称で層流であるが、他の実施形態では、それらガス流は旋回流である。いくつかの実施形態では、原料がマイクロ波プラズマトーチ１００に導入され、そこで原料が、材料をプラズマ１０４に向けて導くガス流に同伴されてもよい。
上記ガスを使用してもよいが、所望の材料および処理条件に応じて多様なガスを使用できると理解されるべきである。いくつかの実施形態では、原料は、マイクロ波プラズマ１０４内で物理的および／または化学的変化を受ける場合がある。投入口１０２を用いて処理ガスを導入し、原料をプラズマ１０４に向けて同伴および加速することができる。いくつかの実施形態では、第２のガス流を生成し、それによってコアガスチューブ１０８と反応チャンバー１１０の内壁に被覆を提供して、これらの構造をプラズマ１０４からの熱放射に起因する溶融から保護することができる。
供給材料は、マイクロ波プラズマトーチ内に、軸方向などの方向から導入してもよく、そこで供給材料は、プラズマに向けて材料を導くガス流によって同伴される。マイクロ波生成プラズマ内では、産物を合成するために供給材料の反応が行われ、原料と反応性プラズマガスとの間で化学反応が起こる場合がある。投入口を用いて処理ガスを導入し、粒子軸をプラズマ１０４に向けて同伴および加速することができる。
原材料粒子を、プラズマトーチ内の環状間隙を通じて生成されるコア層流ガス流（ｃｏｒｅ ｌａｍｉｎａｒ ｇａｓ ｆｌｏｗ）を用いた同伴によって加速してもよい。第２の層流を第２の環状間隙を通じて生成し、プラズマトーチの内壁に層流被覆を提供して、プラズマ１０４からの熱放射による溶融から内壁を保護することができる。いくつかの実施形態では、粒子は、層流によって、トーチの中心軸に最大限近い経路に沿ってプラズマ１０４に向けて導かれ、プラズマ内の均一な温度に曝露される。いくつかの実施形態では、プラズマ付着が起こる可能性のあるプラズマトーチ内壁に粒子が到達するのを防ぐために、適したフロー条件が存在する。いくつかの実施形態では、粒子は、ガス流によってマイクロ波プラズマ１０４に向けて誘導され、それぞれが均一な熱処理を受ける。
いくつかの実施形態では、下流注入法を行うのにあたって、下流旋回または急冷を用いてもよい。下流旋回とは、コアチューブ１０８、リアクタチャンバー１１０、および／または延長チューブ１１４の壁から粉末を遠ざけるためにプラズマトーチ下流に導入することができる、追加の旋回成分のことを指す。
所望の材料を達成するため、マイクロ波プラズマ１０４の各種パラメータを手動または自動で調整してよい。これらのパラメータの例として、出力、プラズマガス流量、プラズマガスの種類、延長チューブの存在、延長チューブの材料、リアクタチャンバーまたは延長チューブの断熱レベル、延長チューブのコーティングのレベル、延長チューブの形状（例：テーパー状／階段状）、供給材料サイズ、供給材料の挿入速度、供給材料投入口の位置、供給材料投入口の向き、供給材料投入口の数、プラズマ温度、滞留時間、および冷却速度などが挙げられる。得られた材料はプラズマから出て密閉チャンバー１１２に入り、そこで急冷された後、収集される。
図３は、本明細書のいくつかの実施形態によるリチウムイオン／固体化学のためのプラズマ処理システムにおける、化学的性質およびサイズ柔軟性の例を示す。ＮＭＣ正極材料の合成においては、典型的に用いられる標準的な共沈および焼成アプローチと比べ、マイクロ波プラズマ処理によって変換コストを大幅に削減することが可能になる場合がある。このプラズマ処理効率の向上は、反応プロセス工程の削減、１０時間以上にわたる焼成工程（リチウムを共沈前駆体に含有させることができないため必要）が不要になることなどによるエネルギー消費の削減、および廃棄物の発生を無くすことによる結果であってよい。いくつかの実施形態では、ＳＣＣ材料に対して約１時間～約５時間の短い熱処理工程を用いる場合がある。しかし、この熱処理工程は、ＳＣＣ ＮＭＣを標準的な方法を用いて生成するのに必要な追加工程よりも大幅に短い。
いくつかの実施形態では、ＳＣＣ合成は、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ、およびＬｉを含む塩水溶液を噴霧することと、噴霧された塩溶液をマイクロ波プラズマ処理装置に送達することとを含んでもよい。いくつかの実施形態では、噴霧された塩溶液は、マイクロ波プラズマへの曝露の前に、または曝露の際に、液滴を形成してもよい。まず、噴霧技術（ガス噴霧、超音波噴霧、ピエゾ液滴機構など）を通じて、プラズマへの導入前に液滴を形成してもよい。液滴は、二次噴霧（爆発または乱流誘発による）によって生成してもよい。二次噴霧は、供給された個々の液滴および／または液体流を分割するプラズマの適用前に行ってもよく、あるいは、そのプラズマ内で行ってもよい。理論に拘束されるものではないが、いくつかの実施形態では、液滴は、不規則ではあるが均一なリチウム遷移金属酸化物とリチウム塩との混合物を急速に形成する。
いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるＳＣＣ合成法で使用するための原料は、水などの溶媒に溶解した、Ｌｉ、Ｎｉ、Ｍｎ、および、硝酸塩などのコバルト塩を含んでいてよい。他の実施形態では、原料は、水などの溶媒に溶解した、Ｌｉ、Ｎｉ、Ｍｎ、および、コバルト硝酸塩または酢酸塩を含んでいてよい。他の実施形態では、原料は、Ｌｉ源、酸化ニッケル、酸化マンガン、および酸化コバルトを含んでいてよい。いくつかの実施形態では、原料を噴霧乾燥によって固化させたあとで、マイクロ波プラズマ処理装置に提供してもよい。いくつかの実施形態では、原料を任意に乾燥または固化させたあとで、マイクロ波プラズマ処理を行ってもよい。いくつかの実施形態では、液体または固体原料は、例えば上部供給または側方供給の、ホッパーまたはネブライザーを通じて、マイクロ波プラズマ処理装置に提供される。いくつかの実施形態では、キャリア溶媒および／または水和物が除去され、残った反応物が（必要に応じて）熱分解にかけられる。いくつかの実施形態では、原料を完全に気化する必要はなく、代わりに、乾燥／固化、場合によっては脱水し、その後、直接反応に用いるか、および／または、反応によって完成粒子を形
成してもよい。いくつかの実施形態では、原材料をマイクロ波プラズマに組み込むよりも前に、示された追加の噴霧乾燥工程を行うことができる。従って、液体ではなく、固体原料をマイクロ波プラズマに導入することができる。塩溶液または分散物を噴霧乾燥し、目的の完成粉末のための適切なサイズ範囲の粒子を含む固体原料を生成することができる。いくつかの実施形態では、マイクロ波プラズマ処理中に固体原料粉末を結晶化する。
いくつかの実施形態では、収集されたプラズマ処理産物は、ＳＣＣ材料の固体前駆体を含んでいてよい。これらの固体前駆体は、ＳＣＣ粉末材料と同一の組成を有していてよい。しかし、ＳＣＣ材料の固体前駆体は、非結晶化材料、部分的結晶化材料、または部分的に形成された材料であってもよい。いくつかの実施形態では、ＳＣＣ材料の前駆体は、リチウム化された金属酸化物と未反応の硝酸リチウムとが非常に小さな塊として互いに密な関係を有する、不均質な材料を含んでいてよい。プラズマ処理されると、粉末材料は、ナノ粒子またはミクロンサイズの粒子となり得る。いくつかの実施形態では、ナノ粒子は、約９００ｎｍ未満、約８００ｎｍ未満、約７００ｎｍ未満、約６００ｎｍ未満、約５００ｎｍ未満、約４００ｎｍ未満、約３００ｎｍ未満、約２００ｎｍ未満、または約１００ｎｍ未満の直径を有し得る。いくつかの実施形態では、ナノ粒子は、約１００ｎｍ超、約２００ｎｍ超、約３００ｎｍ超、または約４００ｎｍ超の直径を有し得る。いくつかの実施形態では、ミクロンサイズの粒子は、約０．５μｍから約５０μｍの間であり得る。いくつかの実施形態では、ミクロンサイズの粒子は、約０．５μｍから約３０μｍの間であり得る。いくつかの実施形態では、ＳＣＣ材料の前駆体が加熱または焼成されると、材料は急速に結晶化する。
いくつかの実施形態では、溶液前駆体のプラズマ処理から得られる材料（ＮＭＣなど）は、処理条件次第で、単結晶材料またはＳＣＣ材料の固体前駆体であり得る。いくつかの実施形態では、得られるＳＣＣ材料の固体前駆体は、不規則ではあるが層状のＮＭＣ構造を有する。いくつかの実施形態では、得られるＳＣＣ材料の固体前駆体は、不規則ではあるが非層状の構造を有する。さらに、出発材料と処理条件とを適切に選択することによって、人工的な相互接続を有する内部多孔性を、ＳＣＣ材料の固体前駆体に生成することができる。一般に、人工的な相互接続を有する内部多孔性は、粒子表面を介した開かれた経路を示す、材料内部の隙間として定義することができる。いくつかの実施形態では、原料のリチウムの少なくとも一部は反応することなく、ＳＣＣ材料の固体前駆体中に硝酸リチウムとして残り、これによってＳＣＣの固体前駆体の孔が埋まる場合がある。例えば、いくつかの実施形態では、原料中のリチウムの約５０％が反応することなく、ＳＣＣの固体前駆体中に硝酸リチウムが残る場合がある。
ホットゾーン内で十分な時間が与えられれば、生成するプラズマ処理粒子は単結晶材料となり得る。しかし、急冷するのが早いと材料が非晶質になる可能性があり、所望の単結晶相を生成するためにさらに後処理が必要になる場合がある。具体的には、プラズマの長さと温度とが十分であって、原子が好ましい結晶学的位置に移動するのに十分な時間をとれるような時間と温度とが粒子に対して提供されれば、結晶材料が生成される。プラズマの長さは、出力、トーチ径、リアクタの長さ、ガス流量、ガス流の特性、およびトーチの種類などのパラメータで調整可能である。
いくつかの実施形態では、ＳＣＣの固体前駆体に対してプラズマ後処理を行ってよい。いくつかの実施形態では、材料に対して、特定の温度および時間で焼成処理を行い、ＳＣＣ材料を生成してよい。焼成処理は、窒素ガス中の約１％～約１００％の酸素雰囲気において、約６５０℃～１０００℃の間の温度で、約０．２５時間～約１０時間行ってよい。いくつかの実施形態では、焼成後処理は、ＳＣＣの固体前駆体を結晶化させてＳＣＣを形成するものであってよい。いくつかの実施形態では、ＳＣＣ粒子を解砕して単結晶粉末を形成するために、焼成後に解砕工程を行ってよい。整粒および分級を、例えば、エアミル
分級、ボールミル分級、振動ふるい、またはジェットミル分級によって行ってよい。いくつかの実施形態では、処理条件が最適である場合、凝集が起こることなく、解砕されたＳＣＣ材料が焼成処理によって形成される場合がある。
いくつかの実施形態では、プロセスは、原料を適切な供給速度、適切なプラズマ出力、および適切な種類のガスを用いてプラズマに導入し、それによって原料中で結晶化を開始させ、次いで、いずれの溶媒も完全に蒸発させることを含む。いくつかの実施形態では、ＳＣＣ材料はＮＭＣ８１１を含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、最終的なＳＣＣ材料産物は、溶融塊（ｆｕｓｅｄ ｂｒｉｃｋ）ではなく、粒状粉末を含んでいるため、標準的な解砕工程で十分に遊離単結晶を生成できる。いかなる特定の理論にも限定されるものではないが、プラズマ処理で使用される密に混合された前駆体の性質により、焼成を短時間にすることができ、かつ、産物粉末床内での溶融の度合いを低くすることが可能であると思われる。いくつかの実施形態では、これらと同じプロセス特性により、コバルトと、ＭｇおよびＡｌなどのドーパントの組み込みとが大幅に削減され、別々の相が形成されない、ＮＣＡおよびＮＭＣ両者の高ニッケルおよび超高ニッケル配合物の合成が促進される。
いくつかの実施形態では、上記プラズマ処理により、多結晶材料と比較して、容量の向上によるエネルギーの一段の改善と、単結晶形態によるサイクル寿命および安全性の一段の改善とを提供する、高ニッケルまたは超高ニッケルのＳＣＣ材料を合成できる場合がある。図４は、本明細書における実施形態によって合成されたＮＭＣ粉末の形態の例についての顕微鏡像を示す。
図５は、本明細書に記載されたいくつかの実施形態によるＳＣＣ材料を生成するための、方法のフローチャートの例を示す。いくつかの実施形態では、５０２において原料を提供してもよく、原料は、水などの溶媒に溶解した、Ｌｉ、Ｎｉ、Ｍｎ、および、コバルト硝酸塩を含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、５０４において液体原料をプラズマ処理装置に提供し、原料をマイクロ波プラズマに曝露してもよい。原料がプラズマに曝露された際、原料は、ＳＣＣの固体前駆体を形成してもよい。いくつかの実施形態では、５０６において、ＳＣＣの固体前駆体を焼成して凝集ＳＣＣ材料を形成してもよい。いくつかの実施形態では、５０８において、凝集ＳＣＣ材料に対して解砕処理を行い、ＳＣＣ粉末を生成してもよい。図６は、図５のプロセスによって合成されたＮＭＣ粉末の形態の他の例の、顕微鏡像を示す。
図７は、本明細書に記載されたいくつかの実施形態によるＳＣＣ材料を生成するための、他の方法のフローチャートの例を示す。いくつかの実施形態では、７０２において原料を提供してよく、原料は、水などの溶媒に溶解した、Ｌｉ、Ｎｉ、Ｍｎ、および、コバルト酢酸塩を含んでいてよい。いくつかの実施形態では、７０４において液体原料を噴霧乾燥し、原料を固化してよい。いくつかの実施形態では、７０６において固体原料をプラズマ処理装置に提供し、原料をマイクロ波プラズマに曝露してもよい。原料がプラズマに曝露された際、原料は、ＳＣＣの固体前駆体を形成してもよい。いくつかの実施形態では、７０８において、ＳＣＣの固体前駆体を焼成して凝集ＳＣＣ材料を形成してもよい。いくつかの実施形態では、７１０において、凝集ＳＣＣ材料に対して解砕処理を行い、ＳＣＣ粉末を生成してもよい。図８は、図７の実施形態によって合成されたＮＭＣ粉末の形態の他の例の、顕微鏡像を示す。
図９は、本明細書に記載されたいくつかの実施形態によるＳＣＣ材料を生成するための、他の方法のフローチャートの例を示す。いくつかの実施形態では、９０２において原料が提供されてよく、原料は、Ｌｉ源、酸化Ｎｉ、酸化Ｍｎ、および酸化コバルトを含んでいてよい。いくつかの実施形態では、９０４において液体原料を噴霧乾燥し、原料を固化
してよい。いくつかの実施形態では、９０６において固体原料をプラズマ処理装置に提供し、原料をマイクロ波プラズマに曝露してもよい。原料がプラズマに曝露された際、原料は、ＳＣＣの固体前駆体を形成してもよい。いくつかの実施形態では、９０８において、ＳＣＣの固体前駆体を焼成して凝集ＳＣＣ材料を形成してもよい。任意に、焼成前または焼成中にリチウムを加えてもよい。いくつかの実施形態では、９１０において、凝集ＳＣＣ材料に対して解砕処理を行い、ＳＣＣ粉末を生成してもよい。図１０は、図９の実施形態によって合成されたＮＭＣ粉末の形態の他の例の、顕微鏡像を示す。
さらなる実施形態
上記明細においては、本発明を、その具体的な実施形態を参照しながら説明した。しかし、本発明のより広範な趣旨と範囲から逸脱することなく、各種改変および変更を行うことができることは明らかである。従って、本明細書および図面は、限定ではなく例証を意味するものとみなされるべきである。
実際に、本発明の開示は特定の実施形態および実施例と関連したものであるが、本発明が、具体的に開示された実施形態を超えて、本発明の他の代替となる実施形態および／または使用、ならびにその明白な改変物および等価物にも及ぶことを、当業者は理解するであろう。また、本発明の実施形態のいくつかの変形が示され、詳細に記載されているが、本発明の範囲内の他の改変についても、本開示に基づいて、当業者には十分に明らかであろう。また、実施形態の特定の特徴および態様の各種組み合わせ、または部分的な組み合わせを行ってもよく、それらも本発明の範囲内に含まれることが意図される。本開示の発明の実施形態の各種様式を形成するため、開示された実施形態の各種特徴および態様を、互いに結合または置き換え可能であることを理解すべきである。本明細書に開示されたいずれの方法も、記載された順序で実行されることを必要としない。従って、本明細書に開示される発明の範囲は、上記の特定の実施形態によって限定されるべきではないことが意図される。
本開示のシステムおよび方法は、それぞれがいくつかの革新的な側面を有しており、そのうちの単一の側面だけが本明細書に開示される望ましい特性に単独で関与する、または必要とされるわけではないことが理解されるであろう。上記の各種特徴およびプロセスは互いに独立に用いてもよく、各種方法で組み合わせてもよい。全ての可能な組み合わせ、および部分的組み合わせが、本開示の範囲内に含まれることが意図される。
本明細書において別々の実施形態で記載されている特定の各種特徴を、単一の実施形態で組み合わせて実施することもできる。逆に、単一の実施形態で記載されている各種特徴を、複数の実施形態において、別々に、または任意の適した部分的な組み合わせで、行うこともできる。さらには、上記において、各種特徴が特定の組み合わせで働くものであるように説明されている場合や、あるいは最初からそう記載されている場合であってさえも、記載された組み合わせから１つまたは複数の特徴を削除し、記載された組み合わせを部分的組み合わせまたは部分的組み合わせの変形となるようにしてもよい場合がある。単一の機能または機能群が実施形態の一つ一つに対して必要または不可欠であるということはない。
また、本明細書で使用される、条件についての文言、例えば特に、「～し得る（ｃａｎ）」、「～の可能性がある（ｃｏｕｌｄ）」、「～かもしれない（ｍｉｇｈｔ）」、「～してもよい（ｍａｙ）」、「例えば（ｅ．ｇ．）」などは、特に断りが無い限り、またはそれが使用される文脈の範囲内で別の理解がされない限り、一般に、特定の実施形態には特定の特徴、要素、および／または工程が含まれるが、他の実施形態には含まれないということを意図している。従って、このような、条件についての文言は、一般に、特徴、要素、および／または工程が、どのような形であれ、１つまたは複数の実施形態に必要であ
るということを意図しているわけではなく、また、これらの特徴、要素、および／または工程が任意の特定の実施形態に含まれるか否か、あるいは任意の特定の実施形態で実行されるべきであるか否かを、オーサーによる入力またはプロンプト（ａｕｔｈｏｒ ｉｎｐｕｔ ｏｒ ｐｒｏｍｐｔｉｎｇ）の有無を問わず判断するための論理を、１つまたは複数の実施形態が必然的に含んでいるということを意図するものではない。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」などの用語は同義であり、制限しない様式で包括的に使用され、追加の要素、特徴、行為、および操作などを排除するものではない。さらに、「または（ｏｒ）」という用語は、包括的な意味で（かつ排他的な意味ではなく）使用される。従って、例えば、列挙された要素を結びつけるために用いられる場合、「または（ｏｒ）」という用語は、列挙された要素のうちの１つ、一部、または全てのことを意味する。また、本出願および添付の特許請求の範囲で使用される冠詞「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、特に断りが無い限り、「１つまたは複数」あるいは「少なくとも１つ」を意味すると解釈されるべきである。同様に、特定の順序で操作が図面に示されることがあっても、このような操作は、望ましい結果を達成するために、示された特定の順序もしくは一連の順序で実行される必要はなく、あるいは、全ての図示された操作が実施される必要はないと認識されるべきである。また、図面において、プロセスのもう１つの例がフローチャートの形式で概略的に示される場合がある。しかし、図示されていない他の操作が、模式的に図示された例示的な方法およびプロセスに組み込まれてもよい。例えば、１つまたは複数の追加操作を、図示したいずれかの操作の前に、操作の後に、操作と同時に、または操作と操作の間に、実行してもよい。さらに、他の実施形態では、各種操作を再配置または再配列してもよい。特定の状況においては、マルチタスクおよび並列処理（ｍｕｌｔｉｔａｓｋｉｎｇ ａｎｄ ｐａｒａｌｌｅｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）が有利な場合がある。また、上述の実施形態におけるさまざまなシステムコンポーネントの分離は、すべての実施形態でこのような分離が必要と理解されるべきではなく、記載のプログラムコンポーネントおよびシステムは、一般に、単一のソフトウェア製品に統合されるか、または複数のソフトウェア製品にパッケージ化してもよいと理解すべきである。さらに、他の実施形態も以下の特許請求の範囲に含まれる。場合によっては、特許請求の範囲に記載されている動作を異なる順序で実行しても、望ましい結果が達成されることがある。
本明細書に記載の方法および装置は、様々な改変および代替の形態が可能であるが、その具体例が図面に示されており、本明細書で詳細に説明されている。しかし、本発明は、開示された特定の形態または方法に限定されるべきではなく、反対に、本発明は、記載された各種実施および添付の特許請求の範囲の趣旨と範囲内にある全ての改変物、等価物、および代替物に及ぶと理解されるべきである。さらに、実施または実施形態と関連した任意の具体的な特長（ｆｅａｔｕｒｅ）、態様、方法、特性、特徴（ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ）、品質、属性、または要素などの本明細書での開示は、本明細書に記載された他のあらゆる実施または実施形態でも用いることができる。本明細書に開示されたいずれの方法も、記載された順序で実行される必要はない。本明細書に開示された方法は、専門家によって行われる特定の行為を含む場合がある。しかし、方法は、明示的または暗示的に、これらの行為に対する第三者の指示を含む場合もある。本明細書に開示される範囲は、あらゆる重複、部分範囲、およびそれらの組み合わせをも包含する。「～まで（ｕｐ ｔｏ）」、「少なくとも（ａｔ ｌｅａｓｔ）」、「～より大きい（ｇｒｅａｔｅｒ ｔｈａｎ）」、「～未満（ｌｅｓｓ ｔｈａｎ）」、および「～の間（ｂｅｔｗｅｅｎ）」などの文言は、記載された数字を包含する。「約（ａｂｏｕｔ）」または「およそ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」などの用語に続く数字は、記載された数字を包含しており、状況に基づいた解釈を行うべきである（例えば、その状況下で合理的かつ可能な限り正確な数字、たとえば、±５％、±１０％、±１５％など）。例えば、「約３．５ｍｍ」には「３．５ｍｍ」も含まれる。「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」などの用語に続く語句は、記載された語句を包含しており、状況に基づいた（例えば、その状況下で合
理的かつ可能な限り最大限の）解釈を行うべきである。例えば、「実質的に一定」には、「一定」が含まれる。特に断りの無い限り、全ての測定は、温度や圧力などを含め、標準的な条件下で行われる。
本明細書で項目を列挙する際に使用される「少なくとも１つ（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ ｏｆ）」という語句は、個々の項目も含め、それら項目の任意の組み合わせのことを指す。例えば、「Ａ、Ｂ、またはＣの少なくとも１つ」は、Ａ；Ｂ；Ｃ；ＡおよびＢ；ＡおよびＣ；ＢおよびＣ；ならびに、Ａ、Ｂ、およびＣ；を包含することが意図される。特に断りの無い限り、「Ｘ、Ｙ、およびＺの少なくとも１つ」という語句などの接続詞は、一般に、項目または用語などがＸ、Ｙ、またはＺの少なくとも１つであり得ることを示すのに使用される文脈として理解される。従って、そのような接続詞は、一般に、特定の実施形態において、少なくとも１つのＸと、少なくとも１つのＹと、少なくとも１つのＺとがそれぞれ存在することが必要ということを意図しているのではない。本明細書で見出しが提供されている場合、それは単に便宜上のものであり、本明細書で開示される装置および方法の範囲または意味に必ずしも影響を与えるものではない。
従って、特許請求の範囲は、本明細書に示される実施形態に限定することを意図するものではなく、本開示、ならびに本明細書に開示される原理および新規特徴と矛盾しない、最大の範囲が与えられるべきである。

Claims (20)

  1. 単結晶正極（ＳＣＣ）材料を合成する方法であって、
    固体または液体原料を提供する工程；
    前記原料をマイクロ波生成プラズマに導入することによって、ＳＣＣ材料の固体前駆体を生成する工程；および
    前記ＳＣＣ材料の固体前駆体を焼成して、ＳＣＣ材料を生成する工程；
    を含む、方法。
  2. 前記ＳＣＣ材料がリチウムニッケルコバルトマンガン酸化物（ＮＭＣ）粉末を含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記ＮＭＣ粉末がＮＭＣ－８１１を含む、請求項２に記載の方法。
  4. 前記ＮＭＣ粉末がニッケルを少なくとも８０重量％含む、請求項２に記載の方法。
  5. 前記ＳＣＣ材料の固体前駆体が、不規則な、酸化物微細構造を有するＮＭＣを含む、請求項１に記載の方法。
  6. 前記ＳＣＣ材料の固体前駆体が、硝酸リチウムで満たされた孔を有するＮＭＣを含む、請求項１に記載の方法。
  7. 前記ＳＣＣ材料がリチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物（ＮＣＡ）粉末を含む、請求項１に記載の方法。
  8. 前記ＮＣＡ粉末がニッケルを少なくとも８０重量％含む、請求項５に記載の方法。
  9. 前記ＳＣＣ材料がスピネルまたはＮａＦｅＯ２を含む、請求項１に記載の方法。
  10. 前記原料が、マンガン、アルミニウム、マグネシウム、チタン、ジルコニウム、鉄、またはナトリウムを含む、請求項１に記載の方法。
  11. 前記原料が、水に溶解した、リチウム、ニッケル、およびコバルト硝酸塩、またはリチウム、ニッケル、およびコバルト酢酸塩を含む、請求項１に記載の方法。
  12. 前記ＳＣＣ材料が凝集ＳＣＣ材料を含み、前記方法が、前記凝集ＳＣＣ材料を解砕してＳＣＣ粉末を生成する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
  13. 前記原料が、噴霧乾燥、乾式粉砕、またはブレンディングを使用して乾燥された乾燥原料を含む、請求項１に記載の方法。
  14. 前記ＳＣＣ材料の固体前駆体を焼成する前または焼成している間に、リチウムまたはリチウム塩を前記ＳＣＣ材料の固体前駆体に添加する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
  15. 硝酸リチウムがプレＳＣＣ産物の孔内に位置する、請求項１に記載の方法。
  16. 前記ＳＣＣ材料の固体前駆体を約６５０℃～１０００℃の間の温度で約０．２５時間～約１０時間焼成する、請求項１に記載の方法。
  17. 固体または液体の原料を提供する工程；
    前記原料をマイクロ波生成プラズマに導入することによって、ＳＣＣ材料の固体前駆体を生成する工程；および
    前記ＳＣＣ材料の固体前駆体を焼成して、ＳＣＣ材料を生成する工程；
    を含む方法によって形成される、単結晶正極（ＳＣＣ）材料。
  18. 前記ＳＣＣ材料がＮＭＣを含む、請求項１７に記載の単結晶正極（ＳＣＣ）材料。
  19. 前記ＮＭＣがニッケルを少なくとも８０重量％含む、請求項１７に記載の単結晶正極（ＳＣＣ）材料。
  20. 前記ＳＣＣ材料がスピネルまたはＮａＦｅＯ２を含む、請求項１７に記載の単結晶正極（ＳＣＣ）材料。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL3389862T3 (pl) 2015-12-16 2024-03-04 6K Inc. Sferoidalne metale podlegające odwodornieniu oraz cząstki stopów metali
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US11590568B2 (en) 2019-12-19 2023-02-28 6K Inc. Process for producing spheroidized powder from feedstock materials
CN116034496A (zh) 2020-06-25 2023-04-28 6K有限公司 微观复合合金结构
US11963287B2 (en) 2020-09-24 2024-04-16 6K Inc. Systems, devices, and methods for starting plasma
CA3196653A1 (en) 2020-10-30 2022-05-05 Sunil Bhalchandra BADWE Systems and methods for synthesis of spheroidized metal powders
WO2023229928A1 (en) * 2022-05-23 2023-11-30 6K Inc. Microwave plasma apparatus and methods for processing materials using an interior liner
US20230411123A1 (en) * 2022-06-09 2023-12-21 6K Inc. Plasma apparatus and methods for processing feed material utilizing an upstream swirl module and composite gas flows
WO2024073656A1 (en) * 2022-09-30 2024-04-04 Alliance For Sustainable Energy, Llc Atmospheric plasma synthesis of transition metal oxide cathodes

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6991165B2 (ja) * 2016-06-23 2022-01-12 シックスケー インコーポレイテッド リチウムイオン電池材料
AU2019405960A1 (en) * 2018-12-20 2021-06-24 6K Inc. Plasma processing of lithium transition metal oxides for lithium ion batteries

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