包含层状钠和金属的氧化物的电极材料，包含其的电极及其在电化学中的用途制造技术

本技术涉及包含电化学活性材料的电极材料，其中电化学活性材料包括P2型或O3型层状钠和金属的氧化物。电化学活性材料具有式Na

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含层状钠和金属的氧化物的电极材料，包含其的电极及其在电化学中的用途
[0001]相关申请
[0002]本申请根据适用法律要求在2018年10月2日提交的美国临时专利申请62/740185的优先权，其内容通过引用整体并出于所有目的并入本文。


[0003]本申请涉及电化学活性材料及其在电化学应用中的用途的领域。更具体地，本申请总体上涉及包含层状钠金属氧化物作为电化学活性材料的电极材料，包含它们的电极，它们的制造方法及它们在电化学电池中的用途。
[0004]专利技术背景
[0005]式LiMO2(M＝过渡金属)的层状锂金属氧化物如具有层状结构的氧化物像锂钴氧化物(LiCoO2)和锂镍氧化物(LiNiO2)是商业上用于锂离子电池组(LIB)中的正极材料。层状LiMO2可以根据其堆叠几何形状进行分类。不同类型的堆的不同之处在于，氧化层的堆叠顺序会改变(MO2)片的排列以及锂离子所占据位置的几何形状。锂离子的氧环境可以是例如八面体的(O)、棱形的(P)或四面体的(T)。层状LiMO2的特征还可以在于在单元电池中发现的MO2片的数量。层状LiMO2的结构会显著影响材料的电化学性能，例如其容量、循环性以及充放电速率。层状P2和O3型结构是例如在电化学电池中使用所关注的。
[0006]当前使用的包含层状氧化物作为电化学活性材料的电极材料的主要缺点之一是它们的高生产成本。例如，锂价格的上涨可能会给LIBs市场份额的增长带来问题。实际上，锂已用于常规LIB的几个组件中，例如在正极和负极以及电解质中。因此，供应问题和锂的成本对于影响其扩展到某些商业可再生能源应用的主要因素至关重要。
[0007]因此，需要开发新的电极材料。例如，电极材料包含P2和/或O3型层状氧化物作为电化学活性材料，排除了常规层状氧化物材料的一个或多个缺点。

技术实现思路

[0008]根据一个方面，本技术涉及包含电化学活性材料的电极材料，所述电化学活性材料包括式Na
x
MO2的层状钠金属氧化物，其中0.5≤x≤1.0，M选自Co，Mn，Fe，Ni，Ti，Cr，V，Cu，Sb及其组合。
[0009]在一个实施方案中，电化学活性材料包括选自以下的层状钠金属氧化物：
[0010]‑
式Na
x
MO2的P2型层状钠金属氧化物，其中x是使得0.5≤x≤0.8的数，M选自Co，Mn，Fe，Ni，Ti，Cr，V，Cu及其组合；和
[0011]‑
式Na
x
MO2的O3型层状钠金属氧化物，其中x是使得0.8≤x≤1.0的数，M选自Co，Mn，Fe，Ni，Ti，Cr，V，Cu，Sb及其组合。
[0012]在另一个实施方案中，电化学活性材料包括式Na
x
M'1‑
y
M
y
O2的层状钠金属氧化物，其中x和M如本文所定义，y为使得0≤y≤1.0的数，M'不同于M且选自Co，Mn，Fe，Ni，Ti，Cr，V，Cu，Sb及其组合。
[0013]在另一个实施方案中，电化学活性材料包括式Na
x
M'1‑
y
Mn
y
O2的层状钠金属氧化物，其中x如本文所定义，其中y为使得0≤y≤1.0的数，M'选自Co，Fe，Ni，Ti，Cr，V，Cu，Sb及其组合。
[0014]在另一个实施方案中，电极材料还包含选自炭黑，乙炔黑，石墨，石墨烯，碳纤维，碳纳米纤维，碳纳米管及其组合的电子导电材料。
[0015]在另一个实施方案中，电极材料还包含选自聚醚型聚合物粘合剂，氟化聚合物和水溶性粘合剂的粘合剂。
[0016]根据另一方面，本技术涉及电极，其包含在集电体上的本文所定义的电极材料。在一实施方案中，电极是正极。
[0017]根据另一方面，本技术涉及包含负极、正极和电解质的电化学电池，其中正极如本文所定义。在一实施方案中，负极包括金属锂。或者，负极包括金属钠。
[0018]在另一实施方案中，电解质是包含在溶剂中的盐的液体电解质。替代地，电解质是凝胶电解质，其包含在溶剂和任选的溶剂化聚合物中的盐。根据另一替代方案，电解质是包含在溶剂化聚合物中的盐的固体聚合物电解质。在一个实施方案中，盐是锂盐。或者，盐是钠盐。
[0019]根据另一方面，本技术涉及电池组，其包含至少一个如本文所定义的电化学电池。在一个实施方案中，电池组选自锂离子电池组和钠离子电池组。
附图说明
[0020]图1是使用固态法获得的式Na
0.5
CoO2的P2型层状钠钴氧化物粉末的X射线衍射图。
[0021]图2是使用固态法获得的式NaNi
0.4
Co
0.2
Mn
0.4
O2的混合O3型混合层状钠过渡金属氧化物粉末的X射线衍射图。
[0022]图3显示了电池1的充电和放电曲线，充电和放电在0.1C下进行，并在25℃的温度下相对于Li/Li
+
记录。
[0023]图4显示了电池1在不同循环速率下的充电和放电曲线，充电和放电分别在0.1C，0.2C，0.5C，1C，2C和4C下进行，并在25℃的温度下相对于Li/Li
+
记录。
[0024]图5显示了表示容量(mAh/g)与循环数的关系的图，即电池1的老化曲线。长循环或循环稳定性实验在1C的恒定充电/放电电流下进行，结果在25℃的温度下相对于Li/Li
+
记录。
[0025]图6显示了电池2的充电和放电曲线。充电和放电在0.3C在2.0
‑
4.4V相对于Li/Li
+
在50℃的温度下进行。
[0026]图7显示了电池2的充电和放电曲线。充电和放电在0.3C在2.0
‑
4.4V相对于Li/Li
+
在80℃的温度下进行。
[0027]图8显示了电池3的充电和放电曲线。充电和放电在0.1C在2.0
‑
4.4V相对于Li/Li
+
在25℃的温度下进行。
[0028]图9显示了电池3在不同循环速率下的充电和放电曲线，充电和放电在0.1C，0.2C，0.5C，1C，2C和4C下进行并在25℃的温度下相对于Li/Li
+
记录。
[0029]图10显示了表示电池3的容量(mAh/g)与循环数的关系的图。长循环实验在2C的恒定充电/放电电流下进行，并在25℃的温度下相对于Li/Li
+
记录。
[0030]图11显示了电池4的初始充电和放电曲线。充电和放电在0.1C在2.0
‑
4.4V相对于Li/Li
+
在25℃的温度下进行。
[0031]图12显示了电池5的两个充电和放电曲线，分别是第一个循环和第五个循环。充电和放电在0.3C在2.0
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.包含电化学活性材料的电极材料，所述电化学活性材料包括式Na
x
MO2的层状钠金属氧化物，其中x是使得0.5≤x≤1.0的数，M选自Co，Mn，Fe，Ni，Ti，Cr，V，Cu，Sb及其组合。2.根据权利要求1所述的电极材料，其中电化学活性材料包括选自以下的层状钠金属氧化物：
‑
式Na
x
MO2的P2型层状钠金属氧化物，其中x是使得0.5≤x≤0.8的数，M选自Co，Mn，Fe，Ni，Ti，Cr，V，Cu及其组合；和
‑
式Na
x
MO2的O3型层状钠金属氧化物，其中x是使得0.8≤x≤1.0的数，M选自Co，Mn，Fe，Ni，Ti，Cr，V，Cu，Sb及其组合。3.根据权利要求1或2所述的电极材料，其中电化学活性材料包括式Na
x
M'1‑
y
M
y
O2的层状钠金属氧化物，其中x和M如权利要求1或2所定义，y是使得0≤y≤1.0的数，M'与M不同且选自Co，Mn，Fe，Ni，Ti，Cr，V，Cu，Sb及其组合。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的电极材料，其中电化学活性材料包括式Na
x
M'1‑
y
Mn
y
O2的层状钠金属氧化物，其中x如权利要求1或2所定义，y是使得0≤y≤1.0的数，M'选自Co，Fe，Ni，Ti，Cr，V，Cu，Sb及其组合。5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的电极材料，其中电化学活性材料包括式Na
x
CoO2的层状钠钴氧化物，其中x如权利要求1或2所定义。6.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的电极材料，其中电化学活性材料包括式Na
x
MnO2的层状钠锰氧化物，其中x如权利要求1或2所定义。7.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的电极材料，其中电化学活性材料包括式Na
x
(NiCo)1‑
y
Mn
y
O2的层状钠金属氧化物，其中x如权利要求1或2所定义，y如权利要求4所定义。8.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的电极材料，其中电化学活性材料包括式Na
x
Co1‑
y
Mn
y
O2的层状钠金属氧化物，其中x如权利要求1或2所定义，y如权利要求4所定义。9.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的电极材料，其中电化学活性材料包括式Na
x
Ni1‑
y
Mn
y
O2的层状钠金属氧化物，其中x如权利要求1或2所定义，y如权利要求4所定义。10.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的电极材料，其中电化学活性材料包括式Na
x
(...

【专利技术属性】
技术研发人员：王跃生，A，
申请(专利权)人：魁北克电力公司，
类型：发明
国别省市：