二次电化学电池制造技术

本发明专利技术提供了一种柱状电化学电池，其包括第一电极、第二电极和电解质，其中第二电极是第一电极的对电极。第一电极包括聚阴离子类电极活性材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及利用非水电解质和聚阴离子类电极活性材料的电化学电池。
技术介绍
电池组由一个或多个电化学电池组成，其中各电池通常包括正极、负极和 电解质或其他能利于离子电荷载体在负极和正极之间运动的材料。当电池充电 后，阳离子从正极向电解质迁移，同时从电解质向负极迁移。在放电期间，阳 离子从负极向电解质迁移，同时从电解质向正极迁移。这样的电池组通常包括具有晶格结构或构架的电化学活性材料，离子可以 从该晶格结构或构架中抽出，随后再嵌入其中，和/或离子插入或嵌入该晶格 结构或构架中，随后再被抽出。近来，包括聚阴离子的三维结构的化合物(如(S04广、(P04广、(As04广等)由于具有斜方六面体或单斜晶的NASICON结构，因而被设计为氧化 物类电极材料如LiMxOy的可行替代物，其中M是诸如钴(Co)的过渡金 属。这些聚阴离子类化合物已显示出作为电极成分的一些征兆。然而，由 于这些化合物表现出一些不利的特性(如不良的离子传导性)，现有的将 这些聚阴离子类化合物利用在二次电化学电池的尝试实质上都不成功。因 此，目前仍需要一种利用了具有斜方六面体或单斜晶的NASICON结构的电极活性材料的二次电化学电池，其克服了与电极活性材料相关的不利特 性。
技术实现思路
本专利技术提供一种新型二次电化学电池，其具有如标称通式表示的电极活性材料AaMm (XY4)3Ze,其中(i) A选自由周期表第I族元素及其混合物构成的组，且0 < a S9;(ii) M包括至少一种氧化还原活性元素，且Km^3;(m) XY4选自由X'、 X'、 X"S4、 04及其混合 物组成的组，其中(a) X邻X"'各自独立选自由P、 As、 Sb、 Si、 Ge、 V、 S及其混合物 组成的组；(b) X"选自由P、 As、 Sb、 Si、 Ge、 V及其混合物组成的组；(c) Y'选自由^素，S,N及其混合物组成的组；和(d) 0SxS3， 0SyS2,和0》S1;以及(iv) Z选自由羟基(OH)、选自周期表第17族的卤素及其混合物，且O^e ^4;其中，选择A，M,X,Y，Z，a,m，x，y，z和e以维持材料的电中性。在一个实施方案中，二次电化学电池是一种柱状电池，其具有被密封在柱 状外壳内的螺旋式盘绕(spirally coiled)或缠绕着的(wound)电极组件。在 一个可替代的实施方案中，二次电化学电池是方形蓄电池，其中柱状外壳内密 封着软巻型(jellyroll-type)电极组件，该柱状外壳的横切面基本上是矩形。在本文所述的各实施方案中，电极组件包括置于第一电极(正极)和 相对的第二电极(负极)之间的隔离物，用于使第一电极和第二电极相互 电绝缘。所提供的非水电解质是用于在电化学电池进行充电和放电期间， 在第一电极和第二电极之间运送离子电荷载体。附图说明图1是示出本专利技术非水电解质柱状电化学电池结构的横截面示意图。图2是含有Li3V2(P04)3作为阴极活性材料的多个"能量"型18650柱状电化学电池的库仑效率和容量对循环次数的函数图。图3是含有Li3V2(P04)3作为阴极活性材料的多个"功率"型1S650柱状电化学电池的库仑效率和容量对循环次数的函数图。具体实施方式已发现，本专利技术的新型电化学电池具有优越于这些现有技术的材料和装置 的优点。这些优点包括但不限于容量增加、循环能力增强、可逆性增强、离子 传导性增强、导电性增强和成本降低中的一个或多个优点。本专利技术的具体优点 和实施方案可从本文如下的详述中明显可见。然而应该理解，详述内容和具体 实施例只是用于说明优选的实施方案，也只是用于举例说明的目的，而没有任 何限制本专利技术范围的意图。本专利技术提供了一种产生电的电化学电池，其具有由标称通式(I)表示的 电极活性材料AaMm(XY4)3Ze (I)术语"标称通式"是指实际上原子的相对比例可在2%至5%，尤其是1%-3% 之间略有改变。选择通式(I)的组分A， M, XY4和Z以及活性材料的元素的 化学计量值以维持电极活性材料为电中性。组合物的一个或多个元素的化学计 量值可以是非整数值。对于本文所描述的所有实施方案，A选自由周期表第I族元素及其混合物 组成的组(如Aa = Aa.a,A'a,，其中A和A'各自选自由周期表第I族元素组成的 组，A和A'互不相同，且a'〈a)。本文所述的"族"是指通用IUPAC周期表中 所定义的周期表的族数(即列数)。(如参见，Barker等人的美国专利6,136,472， 签发于October 24,2000，以参考方式并入本文。)此外，具体成分或成分混合 物所选自的元素、材料或其它成分的种类意于包括所列举成分的所有可能的亚 种类组合及其混合物。在一个实施方案中，A选自由Li (锂),Na (钠),K (钾)及其混合物组成的组。 A可以是Li和Na的混合物,Li和K的混合物或Li、 Na和K的混合物。在另 一个实施方案中，A是Na，或Na和K的混合物。在一个优选实施方案中，A 是Li。组分A的量应该足够，能使所有氧化还原元素组分M (如本文所定义) 能进行氧化/还原反应。在一个实施方案中，0<"9。在另一个实施方案中， 3S"5。在又一个实施方案中，3<a^5。除非另有特定说明，本文所述的变量， 代数学上等于("=")、小于或等于('2")、或大于或等于("^')一个数是包含约等 于或功能上等效于所述数的数值或数值范围。从电极活性材料中移出A伴随着如本文所定义的活性材料中的至少一种9"氧化还原活性"元素的氧化态的变化。活性材料中用于氧化/还原的氧化还原活性材料的数量决定了可移出的组分A的数量(a)。这个概念是本领域熟知常 用的，如签发于1984年10月16日的Fraioli的美国专利4,477,541;和签发于 2000年10月24日的Barker等人的美国专利6,136,472中所述，这两篇文献都以参考方式并入本文。通常，活性材料中组分A的数量(a)在充电和放电中发生变化。当本专利技术 的活性材料用于制备处于放电状态中的碱金属离子电池组时，这种活性材料的 特征在于"a"具有较高值，相应地，该活性材料的氧化还原活性组分的氧化 态相对较低。当电化学电池从其原始未充电状态被充电后， 一定数量(b)的 组分A如上所述从活性材料中移出。得到的结构包含组分A和和至少一种氧 化还原活性组分，组分A的数量比其制成时的状态少(即a-b)，氧化还原活 性组分的氧化态高于制成时的状态，而其余组分(如，M, X, Y和Z)基本上保 持其原始化学计量值。本专利技术的活性材料包括初始状态(与纳入电极前一样， 即与制成时一样)的物质和在电池组工作期间形成的物质(即，通过A的嵌 入或移出得到的)。在本文所述的所有实施方案中，组分A可以以相等或不等的化学计量的 量被组分D不等价取代或等价(isocharge)取代，其中(a) Aa=，a—■■■■' ~~^(b) VA是组分A的氧化态(或组成组分A的各元素的氧化态总和)，VD 是组分D的氧化态；(C) V^VD或VVVD;(d) f二d或f^d;禾口(e) f,dO且Sa。"等价取代"是指用相同氧化态的元素取代给定的结晶位点上的元素(如用 Mg^取代Ca2+)。"不等价取代"是指本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池，其包括：　含有由标称通式表示的化合物的正极：　Ａ↓［ａ］Ｍ↓［ｍ］（ＸＹ↓［４］）↓［３］Ｚ↓［ｅ］，　其中：　（ｉ）Ａ选自由周期表第Ｉ族元素及其混合物构成的组，且０＜ａ≤９；　（ｉｉ）Ｍ包括至少一种氧化还原活性元素，且１≤ｍ≤３；　（ｉｉｉ）ＸＹ↓［４］选自由Ｘ′［Ｏ↓［４－ｘ］，Ｙ′↓［ｘ］］、Ｘ′［Ｏ↓［４－ｙ］，Ｙ′↓［２ｙ］］、Ｘ″Ｓ↓［４］、［Ｘ↓［ｚ″′］，Ｘ′↓［１－ｚ］］Ｏ↓［４］及其混合物组成的组，其中：（ａ）Ｘ′和Ｘ″′各自独立选自由Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｖ、Ｓ及其混合物组成的组；　（ｂ）Ｘ″选自由Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｖ及其混合物组成的组；　（ｃ）Ｙ′选自由卤素、Ｓ、Ｎ及其混合物组成的组；和　（ｄ）０≤ｘ≤３，０≤ｙ≤２，和０≤ｚ≤１；以及　（ｉｖ）Ｚ选自由羟基（ＯＨ），选自周期表第１７族的卤素及其混合物，且０≤ｅ≤４；其中，选择Ａ、Ｍ、Ｘ、Ｙ、Ｚ、ａ、ｍ、ｘ、ｙ、ｚ和ｅ以维持该化合物的电中性；　该电池进一步包括含有插入活性材料的负极；以及　电解质。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰弗里斯沃耶，耶齐德M赛义迪，荣格绍赫，艾琳塞德埃，
申请(专利权)人：威伦斯技术公司，
类型：发明
国别省市：US[]