包含碱过渡金属磷酸盐和优选电解质的电池制造技术

锂电池包括：（ａ）电极，包括分子式为Ａ↓［ａ］Ｍ↓［ｂ］（ＸＹ↓［４］）↓［ｃ］Ｚ↓［ｄ］的材料，其中：（ｉ）Ａ是碱金属，并且０＜ａ≤９；（ｉｉ）Ｍ包括过渡金属，并且１≤ｂ≤３；（ｉｉｉ）ＸＹ↓［４］是Ｘ’Ｏ↓［４－ｘ］Ｙ’↓［ｘ］、Ｘ’Ｏ↓［４－ｙ］Ｙ”↓［２ｙ］、Ｘ”Ｓ↓［４］、或其混合物，其中Ｘ’是Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｖ、Ｓ、或其混合物；Ｘ”是Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｖ、或其混合物；Ｙ’是卤素、Ｓ、Ｎ、或其混合物；０≤ｘ＜３；且０＜ｙ≤２；且０＜ｘ≤３；以及（ｉｖ）Ｚ是ＯＨ、卤素、或其混合物，并且０≤ｄ≤６；以及（ｂ）反电极；以及（ｃ）电解质，包括碳酸烷基酯和／或碳酸亚烃酯和环酯。优选地，Ｍ另外包括至少一种非过渡金属。优选实施例包括那些具有橄榄石结构的材料，其中ｃ＝１；以及那些具有ＮＡＳＩＣＯＮ（钠超离子导体）结构的材料，其中ｃ＝３。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
包含碱过渡金属磷酸盐和优选电解质的电池
本专利技术涉及电池。特别地，本专利技术涉及这样的电池，该电池包括：活性材料，其包含锂或其他碱金属、过渡金属、和磷酸盐或近似组分(moiety)；以及电解质，其包含碳酸亚烃酯和环酯。
技术介绍
现有技术中公知有多种多样的电化电池单元(cell)或“电池(battery)”是。一般说来，电池是通过电化氧化还原反应将化学能转换成电能的装置。电池被使用于广泛多样的应用中，特别是作为在实用中无法由集中电源(例如利用公共传输线的商用电厂)供应动力的装置的电源。电池一般能够被描述为包含三个部件：阳极，其含有在电池放电期间(即在供电的同时)被氧化(产生电子)的材料；阴极，其含有在电池放电期间被还原(接受电子)的材料；以及电解质，其供离子在阳极与阴极之间的迁移。在放电期间，阳极是电池的负极，阴极则是电池的正极。电池能够通过组成这三个部件中每个部件的具体材料来更具体地表征。选择这些部件能够产生具有针对特定应用而被优化的特定电压和放电特性的电池。电池一般还能够被分类为：“一次电池”，电化反应实质上不可逆，从而电池一旦放电就变得不可再用；以及“二次电池”，电化反应至本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂电池，包括：（ａ）第一电极，包括分子式为Ａ↓［ａ］Ｍ↓［ｂ］（ＸＹ↓［４］）↓［ｃ］Ｚ↓［ｄ］的活性材料，其中（ｉ）Ａ选自于Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、及其混合物构成的组，并且０＜ａ≤９；（ｉｉ）Ｍ是一种或多种金属，包括至少一种能够被氧化到更高价态的金属，并且１≤ｂ≤３；（ｉｉｉ）ＸＹ↓［４］选自于Ｘ’Ｏ↓［４－ｘ］Ｙ’↓［ｘ］、Ｘ’Ｏ↓［４－ｙ］Ｙ’↓［２ｙ］、Ｘ”Ｓ↓［４］、及其混合物构成的组，其中Ｘ’选自于Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｖ、Ｓ、及其混合物构成的组；Ｘ”选自于Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｖ、及其混合物构成的组；Ｙ’选自于卤素、Ｓ、Ｎ、及其混合物构成的组；０≤ｘ＜３；且０＜ｙ≤２；且...

【技术特征摘要】
US 2002-4-3 10/116,2761.一种锂电池，包括：(a)第一电极，包括分子式为AaMb(XY4)cZd的活性材料，其中(i)A选自于Li、Na、K、及其混合物构成的组，并且0＜a≤9；(ii)M是一种或多种金属，包括至少一种能够被氧化到更高价态的金属，并且1≤b≤3；(iii)XY4选自于X’O4-xY’x、X’O4-yY’2y、X”S4、及其混合物构成的组，其中X’选自于P、As、Sb、Si、Ge、V、S、及其混合物构成的组；X”选自于P、As、Sb、Si、Ge、V、及其混合物构成的组；Y’选自于卤素、S、N、及其混合物构成的组；0≤x＜3；且0＜y≤2；且0＜c≤3；(iv)Z是OH、卤素、或其混合物，并且0≤d≤6；以及其中M、XY4、Z、a、b、c、d、x和y被这样选择，即保持所述化合物的电中性；(b)第二电极，其为所述第一电极的反电极；以及(c)电解质，包括环酯和碳酸酯的混合物，该碳酸酯选自于碳酸烷基酯、碳酸亚烃酯及其混合物构成的组。2.如权利要求1所述的电池，其中c约为1。3.如权利要求2所述的电池，其中A包括Li，且0.1≤a≤2，并且所述活性材料具有橄榄石结构。4.如权利要求1所述的电池，其中c约为3，并且所述活性材料具有钠超离子导体结构。5.如权利要求1所述的电池，其中M包括M’1-mM”m，其中M’是周期表的第4至11族中的至少一种元素；M”是周期表的第2、3和12至16族中的至少一种元素；并且0＜m＜1。6.如权利要求5所述的电池，其中M’选自于Fe、Co、Ni、Mn、Cu、V、Zr、Ti、Cr、及其混合物构成的组。7.如权利要求6所述的电池，其中M’选自于Fe、Co、Mn、Ti、及其混合物构成的组。8.如权利要求5所述的电池，其中M’包括Fe和Co。-->9.如权利要求8所述的电池，其中M”选自于Mg、Ca、Zn、Sr、Pb、Cd、Sn、Ba、Be、Al、及其混合物构成的组。10.如权利要求9所述的电池，其中M”选自于Mg、Ca、Al、及其混合物构成的组。11.如权利要求1所述的电池，其中X’包括Si、或Si和P的混合物，且X”包括Si、或Si和P的混合物。12.如权利要求1所述的电池，其中XY4选自于X’O4-xY’x、X’O4-yY’2y、X”S4、及其混合物构成的组，其中X’是P，且X”是P；且0＜x＜3；且0＜y＜4。13.如权利要求12所述的电池，其中XY4是PO4-xFx，且0＜x≤1。14.如权利要求1所述的电池，其中Z包括F，且0.1＜d≤4。15.如权利要求1所述的电池，其中所述碳酸酯包括具有环大小为5到8个原子的碳酸亚烃酯，并且所述碳酸酯在一个或多个碳原子上被较低烷基取代或者未被取代。16.如权利要求1所述的电池，其中所述碳酸酯包括碳酸C1-C6烷基酯，其在一个或多个碳原子上被C1-C4烷基取代或未被取代。17.如权利要求1所述的电池，其中所述环酯具有4到7个原子的环大小，并且所述碳酸酯在一个或多个碳原子上被较低烷基取代或未被取代。18.如权利要求17所述的电池，其中所述碳酸酯包括碳酸亚烃酯，并且所述环酯与所述碳酸亚烃酯的重量比是大约1∶1到大约5∶1。19.如权利要求18所述的电池，其中所述碳酸酯另外包括碳酸烷基酯。20.如权利要求18所述的电池，其中所述碳酸酯是碳酸亚乙酯，并且所述环酯是γ-丁内酯。21.一种电池，包括：(a)第一电极，包括分子式为LiaMb(PO4)Zd的活性材料，其中(i)0.1＜a≤4；(ii)M是一种或多种金属，包括至少一种能够被氧化到更高价态的金属，且1≤b≤3；以及(iii)Z是卤素，且0.1＜d≤4；以及其中M、Z、a、b和d被这样选择，即保持所述化合物的电中性；(b)第二电极，其为所述第一电极的反电极；以及-->(c)电解质，包括环酯和碳酸酯的混合物，该碳酸酯选自于碳酸烷基酯、碳酸亚烃酯、及其混合物构成的组。22.如权利要求21所述的电池，其中0.2≤a≤1。23.如权利要求22所述的电池，其中M包括M’1-mM”m，其中M’是周期表的第4至11族中的至少一种元素；M”是周期表的第2、3和12至16族中的至少一种元素；且0＜m＜1。24.如权利要求23所述的电池，其中M’选自于Fe、Co、Mn、Cu、V、Cr、及其混合物构成的组，且M”选自于Mg、Ca、Zn、Ba、Al、及其混合物构成的组。25.如权利要求21所述的电池，其中所述碳酸酯包括具有环大小为5到8个原子的碳酸烷基酯，并且所述碳酸酯在一个或多个碳原子上被较低烷基取代或未被取代。26.如权利要求21所述电池，其中所述碳酸酯包括C1-C6碳酸烷基酯，其在一个或多个碳原子上被C1-C4烷基取代或未被取代。27.如权利要求25所述的电池，其中所述环酯具有4到7个原子的环大小，并且所述环酯在一个或多个碳原子上被较低烷基取代或未被取代。28.如权利要求26所述的电池，其中所述碳酸亚烃酯是碳酸亚乙酯，所述环酯与所述碳酸亚烃酯的重量比是大约1∶1到大约5∶1。29.一种电池，包括：(a)第一电极，包括分子式为LiaCoeFefM1gM2hM3iXY4的活性材料，其中：(i)0＜a≤2，e＞0，且f＞0；(ii)M1是一种或多种过渡金属，其中g≥0；(iii)M是一种或多种+2氧化态非过渡金属，其中h≥0；(iv)M3是一种或多种+3氧化态非过渡金属，其中i≥0；以及(v)XY4选自于X’O4-xY’x、X’O4-yY’2y、X”S4、及其混合物构成的组，其中X’选自于P、As、Sb、Si、Ge、V、S、及其混合物构成的组；X”选自于P、As、Sb、Si、Ge、V、及其混合物构成的组；Y’选自于卤素、S、N、及其混合物构成的组；0≤x≤3；且0＜y≤2；以及其中e+f+g+h+i＜2，且M1、M2、M3、XY4、a、e、f、g、h、i、x和y被这样选择，即保持所述混合物的电中性；以及-->(b)第二电极，其为所述第一电极的反电极；以及(c)电解质，包括电解盐、环酯和碳酸酯，该碳酸酯选自于碳酸烷基酯、碳酸亚烃酯、及其混合物构成的组。30.如权利要求29所述的电池，其中0.8≤e+f+g+h+i≤1.2。31.如权利要求30所述的电池，其中0.9≤e+f+g+h+i≤1。32.如权利要求30所述的电池，其中e≥0.5。33.如权利要求32所述的电池，其中e≥0.8。34.如权利要求31所述的电池，其中0.01≤f≤0.5。35.如权利要求34所述的电池，其中0.05≤f≤0.15。36.如权利要求31所述的电池，其中0.01≤g≤0.5。37.如权利要求36所述的电池，其中0.05≤g≤0.2。38.如权利要求36所述的电池，其中M1选自于Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、及其混合物构成的组。39.如权利要求38所述的电池，其中M1选自于Mn、Ti、及其混合物构成的组。40.如权利要求31所述的电池，其中h+i＞0。41.如权利要求40所述的电池，其中0.01≤h+i≤0.5。42.如权利要求41所述的电池，其中0.02≤h+i≤0.3。43.如权利要求41所述的电池，其中0.01≤h≤0.2.。44.如权利要求43所述的电池，其中0.01≤h≤0.1。45.如权利要求43所述的电池，其中M2选自于Be、Mg、Ca、Sr、Ba、及其混合物构成的组。46.如权利要求45所述的电池，其中M2是Mg。47.如权利要求41所述的电池，其中0.01≤i≤0.2。48.如权利要求47所述的电池，其中0.01≤i≤0.1。49.如权利要求47所述的电池，其中M3选自于B、Al、Ga、In、及其混合物构成的组。50.如权利要求49所述的电池，其中M3是Al。51.如权利要求29所述的电池，其中XY4是PO4。52.如权利要求51所述的电池，其中e≥0.8，且0.05≤f≤0.15。-->53.如权利要求52所述的电池，其中0.01≤h≤0.1。54.如权利要求53所述的电池，其中M2选自于Be、Mg、Ca、Sr、Ba、及其混合物构成的组。55.如权利要求52所述的电池，其中0.01≤i≤0.1。56.如权利要求55所述的电池，其中M3是Al。57.如权利要求29所述的电池，其中XY4是PO4-xFx，且0＜x≤1。58.如权利要求57所述的电池，其中0.01≤x≤0.05。59.如权利要求57所述的电池，其中e≥0.8，且0.05≤f≤0.15。60.如权利要求59所述的电池，其中0.01≤h≤0.1。61.如权利要求60所述的电池，其中M2选自于Be、Mg、Ca、Sr、Ba、及其混合物的组。62.如权利要求59所述的电池，其中0.01≤i≤0.1。63.如权利要求62所述的电池，其中M3是Al。64.如权利要求29所述的电池，其中所述碳酸酯包括具有环大小为5到8个原子的碳酸亚...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯皮尤，M耶齐德赛义迪，海涛黄，
申请(专利权)人：威伦斯技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]