掺杂的镍酸盐化合物制造技术

本发明专利技术涉及具有下式Α1-δΜ1V M2W M3X M4Y M5Z O2的新材料，其中，A包括锂或锂为主要成分的混合的碱金属；Μ1为+2氧化态的镍；M2包括+4氧化态的金属，其选自锰、钛和锆中的一种或多种；M3包括+2氧化态的金属，其选自镁、钙、铜、锌和钴中的一种或多种；M4包括+4氧化态的金属，其选自钛、锰和锆中的一种或多种；M5包括+3氧化态的金属，其选自铝、铁、钴、钼、铬、钒、钪和钇中的一种或多种；其中，0≤δ≤0.1；V的范围为0<V<0.5；W的范围为0<W≤0.5；X的范围为0≤X<0.5；Y的范围为0≤Y<0.5；Z≥0；其中，当M5＝钴时，则X≥0.1；以及进一步地，其中V+W+X+Y+Z＝1。这样的材料是有用的，例如，在锂离子电池应用中用作电极材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利
本专利技术涉及新的掺杂的镍酸盐化合物、它们的制备方法，涉及使用包含所述掺杂的镍酸盐化合物的活性材料的新电极，以及涉及这些电极的用途，例如在储能装置中的用途。专利技术背景近年来锂离子电池(batteries)技术已经引起了大量关注并为目前使用的大多数电子器件提供了优选的便携式电池。这样的电池是“二次的”或可充电的，其意思是它们能够经历多次充电/放电循环。通常地，锂离子电池是通过使用一种或多种含有电化学活性材料的锂电化学电池(cells)制备的。这样的电池包含阳极(负极)、阴极(正极)和电解质材料。当锂离子电池充电时，Li+离子从阴极脱嵌(de-intercalate)并插入阳极。同时，电荷平衡的电子从阴极流经含有充电器的外电路并进入电池的阳极。在放电期间，发生相同的过程，但是方向相反。多种电化学活性物质已被建议用作阴极材料，例如，LiCoO2、LiMn2O4和LiNiO2，参见US 5,135,732和US 4,246,253。然而，这些材料显示出了问题，例如，循环衰减(经重复的充电/放电循环时充电容量的损耗(depletion))，这使得它们变得不具商业吸引力。解决循环衰减的尝试已导致锂金属磷酸盐(lithium metal phosphate)和锂金属氟磷酸盐变成有利的材料。这样的材料首次报道于US 6,203,946、US 6,387,568和Goodenough等人的\Phospho-olivines as Positive-Electrode Materials for Rechargeable Lithium Batteries\,Journal of Electrochemical Society,(1997)No.144,pp1188-1194。许多工作者已试图提供含磷酸盐材料，特别是高性能(优化的)含磷酸盐材料的经济且可重现的合成方法，以及X.Zhang等人在\Fabrication and Electrochemical Characteristics of LiFePO4Powders for Lithium-Ion Batteries\,KONA Powder and Particle Journal No.28(2010)pp50-73中给出了描述制备一种具体的金属锂磷酸盐即磷酸铁锂(LiFePO4)的现有技术方法的综述。如该综述所说明的，自1997年磷酸铁锂首次被确认以来，已经付出了大量努力来发现制备综合性能最佳的LiFePO4材料的最有利的方法。目前正从事工作来寻找甚至更有效的电化学活性材料，该材料具有大的充电容量，能够有优良的循环性能、高度稳定并且低毒和高纯度。当然，为了商业上成功，阴极材料也必须能够容易地并且经济实惠地制备。该长长的要求清单是难以满足的，但是从文献中理解的是，最可能成功的活性材料是具有小的粒度和窄的尺寸分布，具有最佳的结晶度、高的比表面积，以及具有均匀形貌的那些。本申请人现在也已经进行了这样的工作，该工作证明，当活性材料包含具有某些限定的氧化态的金属成分时，进一步优化了电化学活性。本专利技术的目的是提供新的化合物。进一步地，本专利技术的目的是提供成本有效的电极，该电极含有制备简单且易于处理和储存的活性材料。本发明的另一目的是提供具有高的初始放电比容量(initial specific discharge capacity)且能够多次充电而没有显著的充电容量损失的电极。因此，本专利技术的第一方面提供了化合物，其式为：Α1-δΜ1V M2W M3X M4Y M5Z O2其中A包括一种或多种碱金属，其选自锂或锂为主要成分的两种或更多种碱金属的混合物；Μ1为+2氧化态的镍；M2包括+4氧化态的金属，其选自锰、钛和锆中的一种或多种；M3包括+2氧化态的金属，其选自镁、钙、铜、锌和钴中的一种或多种；M4包括+4氧化态的金属，其选自钛、锰和锆中的一种或多种；M5包括+3氧化态的金属，其选自铝、铁、钴、钼、铬、钒、钪和钇中的一种或多种；其中0≤δ≤0.1；V的范围为0<V<0.5；W的范围为0<W≤0.5；X的范围为0≤X<0.5；Y的范围为0≤Y<0.5；Z≥0；其中，当M5＝钴时，则X≥0.1；以及进一步地，其中V+W+X+Y+Z＝1。本专利技术的化合物中使用的优选碱金属为锂，其可以单独地使用或者作为与钠和/或钾的混合物使用。在锂与其他碱金属一起使用的情况下，则优选地，锂为混合物中主要的碱金属成分。优选地，本专利技术提供了一种具有上式的化合物，其中，V的范围为0.1≤V≤0.45；W的范围为0<W≤0.5；X的范围为0≤X<0.5；Y的范围为0≤Y<0.5；Z≥0；以及其中V+W+X+Y+Z＝1。进一步优选地，本专利技术提供了一种具有上式的化合物，其中，V的范围为0.3≤V≤0.45；W的范围为0.1≤W≤0.5；X的范围为0.05≤X<0.45；Y的范围为0≤Y≤0.45；Z≥0；以及其中V+W+X+Y+Z＝1。在具有上式的特别优选的化合物中，V的范围为0.3≤V<0.45；W的范围为0<W≤0.5；X的范围为0≤X≤0.3；Y的范围为0≤Y≤0.4；和Z的范围为0≤Z≤0.5。在另一组优选的具有上式的活性化合物中：V的范围为0<V<0.5；W的范围为0<W≤0.5；X的范围为0≤X<0.5；Y的范围为0≤Y<0.5；Z≥0；其中，当Z>0时，则X≥0.1；以及进一步地，其中V+W+X+Y+Z＝1。δ＝0.05的化合物是特别优选的。在本专利技术的又优选的化合物中，M2≠M4。本专利技术的特别优选的化合物包括：LiNi0.5-XMn0.5-XCuXTiXO2；LiNi0.5-XMn0.5-XCaXTiXO2；LiNi0.5-XMn0.5-XMgXTiXO2；LiNi0.5-XTi0.5-XMgXMnXO2；和Li0.95Ni0.3167Ti0.3167Mg0.1583Mn0.2083O2。在第二方面，本专利技术提供了包含具有下式的活性化合物的电极：Α1-δΜ1V M2W M3X M4Y M5Z O2其中A包括一种或多种碱金属，其选自锂或锂为主要成分的混合的碱金属；Μ1为+2氧化态的镍；M2包括+4氧化态的金属，其选自锰、钛和锆中的一种或多种；M3包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种化合物，其式为：Α1‑δΜ1V M2W M3X M4Y M5Z O2其中，A包括锂或锂为主要成分的混合的碱金属；Μ1为+2氧化态的镍；M2包括+4氧化态的金属，其选自锰、钛和锆中的一种或多种；M3包括+2氧化态的金属，其选自镁、钙、铜、锌和钴中的一种或多种；M4包括+4氧化态的金属，其选自钛、锰和锆中的一种或多种；M5包括+3氧化态的金属，其选自铝、铁、钴、钼、铬、钒、钪和钇中的一种或多种；其中，0≤δ≤0.1；V的范围为0<V<0.5；W的范围为0<W≤0.5；X的范围为0≤X<0.5；Y的范围为0≤Y<0.5；Z≥0；其中，当M5＝钴时，则X≥0.1；以及进一步地，其中V+W+X+Y+Z＝1。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.07.10 GB 1212261.01.一种化合物，其式为：
Α1-δΜ1V M2W M3X M4Y M5Z O2其中，
A包括锂或锂为主要成分的混合的碱金属；
Μ1为+2氧化态的镍；
M2包括+4氧化态的金属，其选自锰、钛和锆中的一种或多种；
M3包括+2氧化态的金属，其选自镁、钙、铜、锌和钴中的一种或多
种；
M4包括+4氧化态的金属，其选自钛、锰和锆中的一种或多种；
M5包括+3氧化态的金属，其选自铝、铁、钴、钼、铬、钒、钪和钇
中的一种或多种；
其中，
0≤δ≤0.1；
V的范围为0<V<0.5；
W的范围为0<W≤0.5；
X的范围为0≤X<0.5；
Y的范围为0≤Y<0.5；
Z≥0；
其中，当M5＝钴时，则X≥0.1；
以及进一步地，其中V+W+X+Y+Z＝1。
2.根据权利要求1所述的化合物，其中，V的范围为0.1≤V≤0.45；
W的范围为0<W≤0.5；X的范围为0≤X<0.5；Y的范围为0≤Y<0.5；
Z≥0；以及其中V+W+X+Y+Z＝1。
3.根据权利要求1所述的化合物，其中，V的范围为0.3≤V≤0.45；
W的范围为0.1≤W≤0.5；X的范围为0.05≤X<0.45；Y的范围为0≤Y≤
0.45；Z≥0；以及其中V+W+X+Y+Z＝1。
4.根据权利要求1、2或3所述的化合物，其中M2≠M4。
5.根据权利要求1所述的化合物，其式为：LiNi0.5...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·巴克，R·希普，
申请(专利权)人：法拉典有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB