电化学组合物及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种适用于电化学氧化还原反应之组合物。组合物可包含一种以通式Ｍ↓［ｙ］ＸＯ↓［４］或Ａ↓［ｘ］Ｍ↓［ｙ］ＸＯ↓［４］表示之材料，其中Ａ（若存在的话）、Ｍ与Ｘ各自彼此独立地代表至少一元素，Ｏ代表氧，并且ｘ（若存在的话）与ｙ各自代表一数目，以及多种元素中之至少一种元素的氧化物，其中材料和氧化物是共结晶态的，及／或其中组合物的结晶结构单元的体积与单独使用材料的结晶结构单元的体积可相异。本发明专利技术还公开含有组合物之电极，以及含有此一电极之电化学电池。本发明专利技术还公开一种适用于电化学氧化还原反应之组合物的制备方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术关于一种。
技术介绍
许多电化学应用及装置，例如电化学电池或电池，使用展现电 化学氧化还原活性及/或可参与电化学氧化还原反应之组合物。举例 来说，使用锂离子组合物之二次电池或可再充电电池已产生相当大 的效益。举例来说，锂离子电池通常具有锂离子电解质、固态还原 物作为阳极以及固态氧化物作为阴极，后者通常为电化学导电性基 质，其中锂离子于放电阶段可逆地迁入其中，并且于充电阶段可逆 地从其中迁出锂离子。在阳极和阴极处出现之电化学反应实质上是 可逆的，造成电池实质上是可再充电的。已研究出许多适用于作为电化学氧化还原活性电极材料之固态 组合物。此等组合物包含具有例如尖晶石结构、橄榄石结构、NASICON结构及/或类似结构者。 一些此等组合物已展现不足的导 电性或可操作性，或己连结其它负面相关性，例如太贵或不易制造 或污染环境。适用于电化学氧化还原反应之组合物、其制造方法、其用途及/ 或相关技术通常是必要的。
技术实现思路
本专利技术公开适用于电化学氧化还原反应之组合物。此一组合物 可包含以通式AxMyX04表示之材料，其中通式中之A代表至少一种 选自碱金属元素、铍、镁、镉、硼及铝之元素；M代表至少一种选 自过渡金属元素、锌、镉、铍、镁、钙、锶、硼、铝、硅、镓、锗、 铟、锡、锑及铋之元素；X代表至少一种选自磷、砷、硅及硫之元 素；O代表氧；x代表数目约0.8至约1.2(含)，并且y代表数目约0.8至约1.2(含)。此一组合物亦可包含一种含有至少一种选自铍、 镁、钙、锶、硼、铝、硅、镓、锗、铟、锡、锑、铋及元素周期表 第3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10及12族(新标记方式)(以下简称第3-10 和12族)之元素的氧化物之氧化物成分。该氧化物成分于本专利技术可 简称为上述至少一种元素的氧化物，或仅简称为氧化物。其组成使 得材料和氧化物呈共结晶态。过量的氧化物可沿着金属-氧化物共结 晶态结构形成层状物。此一组合物可为纳米级，由例如纳米级共结 晶态颗粒构成。适用于电化学氧化还原反应之组合物可包含以通式MyX04表 示之材料，其中材料可迁入离子A以形成AxMyX04，其中A、 M、 X、 O、 x及y如上所述。举例来说，当材料于参考电极存在下置于 含有离子A之溶液中以及受到离子插入或迁入程序时，可形成 AxMyX04。举例来说，当以通式AxMyX04表示之材料于参考电极存 在下置于含有离子A之溶液中以及受到离子提取(ion-extraction)或 迁出(de-intercalation)程序时，可形成MyX04。此一组合物亦可含有 上述之氧化物。其组成使得材料和氧化物呈共结晶态。此一组合物 可为纳米级，由例如纳米级共结晶态颗粒构成。此一组合物可用于许多应用、环境和装置。举例来说，电极(例 如阴极)可含有此一组合物。举例来说，电化学电池(例如电池)可含 有此一组合物。本专利技术还公开一种适用于电化学氧化还原反应之组合物的制备 方法。此一方法包含合并含有M之第一材料，其中M代表至少一 种选自过渡金属元素、锌、镉、铍、镁、钙、锶、硼、铝、硅、镓、 锗、铟、锡、锑及铋之元素，与含有X之第二材料之溶液，其中X 代表至少一种选自磷、砷、硅及硫之元素。视所述之X的本性而定， 第二材料可对应地含有至少一种选自磷酸盐、砷酸盐、硅酸盐及硫 酸盐之材料。该溶液可包含足以促进该第一材料与该第二材料反应 之界面活性剂。该第一材料添加该第二材料后可制备出一混合溶液。此一种制备方法可包含在反应溶液中合并此一混合溶液与含有 离子A之第三材料，其中A代表至少一种选自碱金属元素、铍、镁、镉、硼及铝之元素。合并此一混合溶液与该第三材料之步骤可包含 调整反应溶液的pH，以促进反应。可从反应溶液得到颗粒混合物。 当形成的材料不含A成分时，制备方法可包含由上述混合溶液得到 颗粒混合物，而非由上述反应溶液得到。得到颗粒混合物之步骤可包含研磨该颗粒混合物。研磨步骤可 造成材料原本各自的结晶态结构破坏，使得颗粒混合物形成例如半结晶态的MyX04或AMyX04组合物。此一制备方法可包含以至少一种选自铍、镁、钙、锶、硼、铝、 硅、镓、锗、铟、锡、锑、铋及第3-10和12族之元素的氧化物加 入研磨而形成该颗粒混合物。研磨过程可生成半结晶态颗粒混合物， 其可经干燥而作为提供的前驱物。半结晶态颗粒混合物之颗粒的尺 寸可小于微米级，例如纳米级。在此情况下，混合物可称为半结晶 态纳米级颗粒混合物。此一方法可包含煅烧该前驱物，以生成纳米 级组合物。此煅烧步骤可包含在惰性气体存在下，或于惰性气体与 悬浮于惰性气体中之碳粒存在下煅烧该前驱物。纳米级组合物可包 含以通式AxMyX04或MyX04表示之材料以及共结晶态形式的氧化 物。体现本专利技术特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详 细叙述。应理解的是本专利技术能够在不同的态样上具有各种的变化， 其皆不脱离本专利技术的范围，且其中的说明及图示在本质上当作说明 之用，而非用以限制本专利技术。附图说明图1A和图1B为可由界面活性剂促进之金属与含磷酸盐溶液之 反应的示意图。图1A和图1B可共同称为图1。 图2为前驱物颗粒的示意图。图3A、图3B和图3C为可于处理前驱物颗粒过程中形成之材 料的结构的示意图。图4A、图4B、图4C、图4D和图4E为分别显示三种不同的复 合材料和比较材料的颗粒表面形态(于实施例5中说明)之照片图。图4D为图4C中所示的复合材料的EDS频谱的示意图(于实施例5 中说明)。图4F和图4G中之每一图为有关实施例5中说明之复合 材料之电子能量损失谱(EELS)映像之照片图。图5A和图5B为实施例7中得到的循环伏安示意图。图5A和 图5B可共同称为图5。图6为有关二种复合材料和比较材料所得到的绕射图案之示意 图(于实施例9中说明)。图7为有关二种复合材料和比较材料所得到的有关二种复合材 料和比较材料所得到的X-射线吸收频谱(吸收度对能量(eV))的示意 图，其中放大区域出现在插图中(于实施例10中说明)。图8为有关二种复合材料和一种比较材料所得到的原子间距离 R(A)的函数之径向结构函数(FT大小)的示意图，其包含LiFeP04的 FEFF拟合分析的理论结果(仅显示第一波峰)之示意图(于实施例10 中说明)。图9为有关复合材料和比较材料所得到的原子间距离R(A)的函 数之径向结构函数(FT大小)的示意图，其包含一种复合材料和一种 比较材料的FEFF拟合分析的理论结果之示意图(于实施例11中说 明)。图10为有关复合材料和比较材料所得到的原子间距离R(A)的 函数之径向结构函数(FT大小)的示意图，其包含一种复合材料和一 种比较材料的FEFF拟合分析的理论结果之示意图(于实施例12中 说明)。图IIA为在特定频率范围内有关一种复合材料所得到之傅立叶 红外线频谱(穿透率C/。)对频率(公分""的示意图，并且图11B为在 特定频率范围内有关一种复合材料和一种比较材料所得到之傅立叶 红外线频谱(穿透率(％)对频率(公分"))的示意图(于实施例14中说 明)。图12为有关含有复合材料之半电池所得到的充电和放电结果 (电位(V)对容量(mAh/克))的示意图(于实施例15中说明)。图13为有关若干含有不同复合材料之半电池所得到的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于电化学氧化还原反应的组合物，其包含：　一种以通式Ｍ↓［ｙ］ＸＯ↓［４］表示的材料，其中Ｍ代表至少一种选自过渡金属元素、锌、镉、铍、镁、钙、锶、硼、铝、硅、镓、锗、铟、锡、锑及铋的元素；Ｘ代表至少一种选自磷、砷、硅及硫的元素； Ｏ代表氧；ｘ代表数目约０．８至约１．２（含），并且ｙ代表数目约０．８至约１．２（含）；　其中该材料可迁入离子Ａ以形成Ａ↓［ｘ］Ｍ↓［ｙ］ＸＯ↓［４］，其中Ａ代表至少一种选自碱金属元素、铍、镁、镉、硼及铝的元素；并且ｘ代表数目约０．８至 约１．２（含）；以及　一种含有至少一种选自铍、镁、钙、锶、硼、铝、硅、镓、锗、铟、锡、锑、铋及第３－１０和１２族的元素的氧化物的氧化物成分；　其中该材料和该氧化物成分是共结晶态的。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：廖本杰，刘文仁，张圣时，
申请(专利权)人：台湾立凯电能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]