專利名稱：用于二次電化學(xué)電池的電極活性材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及電化學(xué)電池，更具體地涉及采用磷酸類活性材料的二次電化學(xué)電池。
背景技術(shù)：
電池堆(battery pack)由一個(gè)或多個(gè)電化學(xué)電池或電池組組成，其中每個(gè)電池通常包括正電極、負(fù)電極、和電解液或促進(jìn)離子電荷載體在負(fù)電極和正電極之間運(yùn)動(dòng)的其它材料。當(dāng)電池被充電時(shí)，陽(yáng)離子從正電極遷移到電解液并同時(shí)從電解液遷移到負(fù)電極。在放電期間，陽(yáng)離子從負(fù)電極遷移到電解液并同時(shí)從電解液遷移到正電極。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供采用由以下通式表示的正電極活性材料的新型的二次電化學(xué)電池AaVbNbc (PO4) 3,其中(i)A選自元素周期表中的I族元素及其混合物，且0 < a < 9，(ii)0 < b < 2,(iii)0<c<2，且其中選擇a、b和c以便保持在其初始或如合成(as-synthesized)狀態(tài)下的正電極活性材料的電中性。


圖1為說(shuō)明本發(fā)明的非水電解質(zhì)圓柱狀電化學(xué)電池的結(jié)構(gòu)的示意性橫截面圖。圖加顯示按照實(shí)施例4的教導(dǎo)合成的Li3V2(PO4)3的X射線衍射分析的結(jié)果。圖2b顯示按照實(shí)施例1的教導(dǎo)合成的LDuNba2(PO4)3的X射線衍射分析的結(jié)^ ο圖3為在由通式Lia_2dV2_dNbd(P04)3表示的電極活性材料中電子和離子導(dǎo)電性作為化學(xué)計(jì)量變量d的值的函數(shù)的圖。圖4 是 Lia_2dV2_dNbd (PO4) 3/lMLiPF6 (EC/DMC) /Li 電池(d = 0、0· 1 和 0. 2)的電壓曲線圖。圖5 是 Lia_2dV2_dNbd (PO4) 3/lMLiPF6 (EC/DMC) /Li 電池(d = 0、0· 1 和 0. 2)的電容量對(duì)電池電壓的圖。圖6 是 Lia_2dV2_dNbd (PO4) 3/lMLiPF6 (EC/DMC) /Li 電池(d = 0、0· 1 和 0. 2)的多個(gè)循環(huán)的陰極比電容量圖。
具體實(shí)施方式
已發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的新型電化學(xué)電池優(yōu)于本領(lǐng)域已知的材料和設(shè)備。此優(yōu)點(diǎn)包括但不限于以下優(yōu)點(diǎn)的一個(gè)或多個(gè)增加的容量、增強(qiáng)的循環(huán)能力、增強(qiáng)的可逆性、增強(qiáng)的離子導(dǎo)電性、增強(qiáng)的導(dǎo)電性、增強(qiáng)的倍率性能(rate capability)和降低的成本。從下文闡明的詳細(xì)描述中，本發(fā)明的具體優(yōu)點(diǎn)和實(shí)施方式是明顯的。但是，應(yīng)當(dāng)理解的是，盡管說(shuō)明那些優(yōu)選的方式中的實(shí)施方式，詳細(xì)的描述和具體的實(shí)施例只出于舉例說(shuō)明的目的而非用于限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明涉及由通式⑴表示的正電極活性材料AaVbNbc (PO4) 3, (1)其中(i)A選自元素周期表中的I族元素及其混合物，且0 < a < 9，(ii)0 < b < 2,(iii)0<c<2，且其中選擇a、b和c以便保持在其初始或如合成狀態(tài)下正電極活性材料的電中性。除非另外說(shuō)明，本文描述的代數(shù)學(xué)變量如等于(“=”)、小于或等于(“<”)、或者大于或等于(“<”)某數(shù)值意指包括與該數(shù)值約等于或功能上相等的值或值的范圍。如本文所用的，“族”是指在目前的IUPAC元素周期表中定義的元素周期表的族序號(hào)(即欄)。 (例如，參見(jiàn)2000年10月24日授權(quán)的美國(guó)專利6，136，472，Barker等人，在此將其引入本文以供參考。)另外，列舉的元素、材料或其它組分(從其中能夠選擇單個(gè)組分或組分的混合物)的種類意指包括所列組分和其混合物的所有可能的亞種類的組合。在進(jìn)行在電化學(xué)電池中的循環(huán)之前，此處描述的電極活性材料處于其初始或如合成的狀態(tài)。選擇電極活性材料的組分以便提供在合成時(shí)電荷平衡的電極活性材料。組合物的一個(gè)或多個(gè)元素的化學(xué)計(jì)量值可采用非整數(shù)值，并通常由式(A)決定a (Va) +b (Vv) +c (VNb) = 9，(A)其中VA、Vv和VNb分別表示在活性材料的初始狀態(tài)下組合物變量A、釩和鈮的氧化態(tài)。對(duì)于本文描述的所有實(shí)施方式，組合物變量A含有至少一個(gè)以下元素當(dāng)含有本發(fā)明的活性材料的電化學(xué)電池充電時(shí)，所述元素能夠形成正離子并從活性材料脫出。在一個(gè)實(shí)施方式中，A選自元素周期表的I族元素及其混合物。在另一個(gè)下位的實(shí)施方式中，在如合成或新形式的狀態(tài)的材料中，A為鋰(Li)。在另一個(gè)下位的實(shí)施方式中，A為鈉(Na)。優(yōu)選地，應(yīng)當(dāng)存在足量(a)的組合物變量A，以便允許釩在電化學(xué)電池的充電/放電期間分別進(jìn)行氧化/還原。當(dāng)在正常操作條件下操作電化學(xué)電池時(shí)，從電極活性材料除去一定量的組合物變量A伴隨至少釩的氧化態(tài)的變化。如本文所用的，術(shù)語(yǔ)“正常操作條件”是指當(dāng)電池充電時(shí)的期望電壓。在活性材料中可用于氧化/還原的釩的量決定可去除的組合物變量A的量。在本領(lǐng)域中，此概念在通常的專利申請(qǐng)中已知，例如，如在1984年10月16日授權(quán)的Fraioli的美國(guó)專利4，477，541 ；和在2000年10月24日授權(quán)的Barker等人的美國(guó)專利6，136，472中所公開(kāi)的。對(duì)本文描述的所有實(shí)施方式，0 < a < 9。在一個(gè)下位的實(shí)施方式中，0 < a < 6。 在另一個(gè)下位的實(shí)施方式中，0<a< 3。在另一個(gè)下位的實(shí)施方式中，25。在另一個(gè)下位的實(shí)施方式中，a = 3。對(duì)本文描述的所有實(shí)施方式，通過(guò)等電荷(isocharge)或異價(jià)取代，V可以化學(xué)計(jì)量地用Nb以等量或非等量的化學(xué)計(jì)量部分地取代?！暗入姾扇〈笔侵赣镁哂邢嗤趸瘧B(tài)的元素取代給定的晶體學(xué)位點(diǎn)上的一個(gè)元素(例如，用Nb3+取代V3+)。“異價(jià)取代”是指用具有不同氧化態(tài)的元素取代給定的晶體學(xué)位點(diǎn)上的一個(gè)元素(例如，用Nb5+取代V3+)。在一個(gè)實(shí)施方式中，通過(guò)，通過(guò)異價(jià)或等電荷取代，由“氧化地”等化學(xué)計(jì)量的Nb 部分取代V，由此，電極活性材料由通式( 表示
權(quán)利要求
1.一種電池，其包括第一電極，所述第一電極包括由以下通式表示的第一電極活性材料AaVbNbc(PO4)3,其中(i)A選自元素周期表中的I族元素及其混合物，且0< a < 9，(ii)0< b < 2，(iii)0< c < 2，且(iv)其中選擇a、b和c以便保持初始狀態(tài)下的第一電極活性材料的電中性； 第二反電極；和電解液，其用于與第一電極和第二電極的離子轉(zhuǎn)移連通。
2.如權(quán)利要求1所述的電池，其中A為鋰。
3.如權(quán)利要求1所述的電池，其中所述第一電極活性材料由以下通式表示
4.如權(quán)利要求1所述的電池，其中所述第一電極活性材料由以下通式表示 AaVwNbc(PO4)3,其中 0<d<2 且 0<c<d。
5.如權(quán)利要求1所述的電池，其中所述第一電極活性材料由以下通式表示 HNbd(PO4)3,其中 O < d < 2，VNb = 5+，Vv = 3+，且其中Vv和VNb分別表示在活性材料的初始狀態(tài)下鈮和釩的氧化態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明提供電化學(xué)電池，其包括具有電極活性材料的第一電極、為第一電極的反電極的第二電極、和電解液。正電極活性材料由通式AaVbNbc(PO4)3表示，其中0＜a＜9且0＜b，c＜2。
文檔編號(hào)H01M10/04GK102396092SQ201080016988
公開(kāi)日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2010年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月16日
發(fā)明者M·耶齊德·賽義迪, 黃海濤 申請(qǐng)人:威倫斯技術(shù)公司