纳米级离子贮存材料制造技术

提供了纳米级离子贮存材料，该材料表现出与其较大尺度的对应物显著不同的独特性能。例如，该纳米级材料可表现出提高的电子传导导率、改善的电机械稳定性、提高的插层率和／或扩展的固溶体范围。有用的纳米级材料包括碱过渡金属磷酸盐，例如ＬｉＭＰＯ↓［４］，其中Ｍ为一种或多种过渡金属。该纳米级离子贮存材料用于制备例如高能及高功率蓄电池、电池－电容器混合装置、和高倍率电致变色装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本领域包括离子贮存材料，并且特别是用于例如蓄电池的装置中的纳米级离子贮存材料。相关技术概述离子贮存材料广泛应用于蓄电池及其它电化学装置。包括 碱过渡金属磷酸盐的多种离子贮存材料是已知的。这类化合物典型地 具有约3 g/cm3-5 g/ci^的晶体比重值，并且可以按许多结构类型结晶。 例子包括橄榄石(AxMX04) 、NASIC0N(Ax(M， ，M")2(X04) 3) 、 V0P04、 LiVP04F、 LiFe(PA)或FejP2()7)3结构类型的有序或部分无序结构，其中A为碱 离子，且M、 M，和M"为金属。许多这样的化合物具有比电化学应用 的理想值低的相对低的电子传导率和碱离子传导率。许多这样的化合 物还表现出有限的固溶范围。例如，科技文献中广泛报道的LiFeP04 在室温下具有极其有限的固溶范围。文献中报道了 "纳米晶体"离子贮存材料。例如，Prosini 等在"A New Synthetic Route for Preparing LiFeP04 with Enhanced Electrochemical Performance, ，， /. f/e"roc力e迈.c. ， 149: A886-A890 (2002)中描述了作为纳米晶体的比表面积为8. 95m2/g的LiFePO" 然而，这些材料虽然略有改进，但不具有足够小的尺度以提供与它们 的较大尺度的对应物常规离子贮存材料相比显著不同的性能(例如， 在超过5C的高倍率下接近理论的容量)。概述提供了纳米级离子贮存材料，这些材料表现出与它们的较大尺寸的对应物显著不同的独特性能。例如，公开的纳米级材料可表 现出提高的电子传导率、改善的电机械稳定性、提高的插层率和扩展 的固溶范围。在一方面，提供了用作离子贮存材料的锂过渡金属磷酸盐 材料，该材料包括至少两个共存相，包括富锂过渡金属磷酸盐相和贫 锂过渡金属磷酸盐相，其中该两相之间的摩尔体积百分比差异小于约 6. 5%。在一个或多个实施方案中，锂过渡金属磷酸盐材料的两相 之间的摩尔体积百分比差异小于约6.40%、或小于约6.25°/。、或小于约 5. 75%、或小于约5. 5%。在一个或多个实施方案中，锂过渡金属磷酸盐材料的所述 至少两个存在相是晶态并且由具有各主轴的晶格参数的晶胞所限定， 并且其中所述晶胞的至少两个主轴的晶格参数的差异小于3%。在一个或多个实施方案中，晶胞所有主轴的晶格参数的差 异小于4. 7%，或晶胞所有主轴的晶格参数的差异小于4. 5%，或晶胞所 有主轴的晶格参数的差异小于4. 0%，或晶胞所有主轴的晶格参数的差 异小于3. 5%。在一个或多个实施方案中，锂过渡金属磷酸盐材料的任两 个主轴的晶格参数最小乘积的差异小于1.6%，或任两个主轴的晶格参 数最小乘积的差异小于1，55%，或任两个主轴的晶格参数最小乘积的 差异小于1. 5%，或任两个主轴的晶格参数最小乘积的差异小于1. 35%, 或任两个主轴的晶格参数最小乘积的差异小于1.2°/。，或任两个主轴的 晶格参数最小乘积的差异小于1. 0%。在一个或多个实施方案中，锂过渡金属磷酸盐材料的任两 个主轴的晶格参数最大乘积的差异大于4. 7%，或任两个主轴的晶格参 数最大乘积的差异大于4. 8%，或任两个主轴的晶格参数最大乘积的差 异大于4. 85%。根据一个实施方案，该纳米级材料具有由晶体的任何主轴 形成的平面，沿该平面测得的作为面积改变的应变小于约1. 6°/。、或小于约1.5%、或小于约1.4%。根据另一实施方案，由晶体的任何主轴形 成的平面均不具有超过8%或7. 5%或6%的应变。在一个或多个实施方案中，该锂过渡金属磷酸盐材料具有 至少约20 m7g、或至少约35 m7g、或至少约50 m7g的比表面积。在一个或多个实施方案中，该锂过渡金属磷酸盐材料选自 橄榄石(AxMP04) 、 NASICON (Ax (M， ， M，，) 2 (P04) 3) 、 VOP04、 LiVPOJ7、 LiFe (P207) 或Fe4(P207)3结构类型的有序或部分无序的结构，其中A为碱离子，且 M、 W和M"为过渡金属。在一个或多个实施方案中，该锂过渡金属磷酸盐材料具有 LihMP04的总组成，其中M包含选自Ti、 V、 Cr、 Mn、 Fe、 Co和Ni的 至少一种第一行过渡金属，且其中在应用中x为0-1。 M可包括Fe。 在室温(22-25C )下，该材料在0<x<0. 3的组成范围内可表现为固 溶体，或者该材料在x为O到至少约0.15的组成范围内表现为稳定的 固溶体，或者该材料在x为O到至少约0. 07或O到至少约0. 05的组成范围内表现为稳定的固溶体。该材料还可在低的锂含量下表现为稳 定的固溶体；例如，其中1〈x〈0.8或其中l<x<0.9，或其中l〈x< 0. 95。在一个或多个实施方案中，富锂过渡金属磷酸盐相具有组 成LiyMPO,,而贫锂过渡金属磷酸盐相具有組成LihMP04，其中在室温 (22-25匸)下0. 02<y < 0. 2且0. 02 >x> 0. 3。在一个或多个实施方 案中，该材料在0 < x < 0. 15且0. 02 < y < 0. 10的組成范围内可表现为 固溶体。在一个或多个实施方案中，该锂过渡金属磷酸盐材料的固 溶体占定义为y+x的锂组成范围的一部分。在一个或多个实施方案中，该锂过渡金属磷酸盐材料具有 Li卜x-美-zP04的总组成，其中M包含选自Ti、 V、 Cr、 Mn、 Fe、 Co和Ni 的至少一种第一行过渡金属，其中x为0-1且z可为正数或负数。M 包括Fe， z为约0. 15至-O. 15。在室温(22-25匸)下，该材料在0< x< 0. 15的组成范围内可表现为固溶体，或者该材料在x为Q到至少约0. 05的组成范围内表现为稳定的固溶体，或者该材料在x为0到至 少约0. 07的组成范围内表现为稳定的固溶体。该材料在贫锂状态例如 其中x> 0. 8或x> 0. 9或x> 0. 95下也可表现为固溶体。在一个或多个实施方案中，该锂过渡金属磷酸盐材料具有 选自颗粒、团聚颗粒、纤维或涂层的形式。在一个或多个实施方案中，所述形式具有约75 nm或更小、 或者约60 nm或更小、或者约45 nm或更小的平均最小横截面尺寸。在一个或多个实施方案中，该锂过渡金属磷酸盐材料具有 分散或团聚颗粒的形式，并且通过x-射线衍射测定的平均微晶尺寸小 于约800 nm、或小于约600 nm、或小于约500 nm、或小于约300 nm。在一个或多个实施方案中，所述形式包含小于3重量％的基本上不贮存锂的导电相。在一个或多个实施方案中，该锂过渡金属磷酸盐材料是晶态或非晶态。在本专利技术的一方面，阴极包括锂过渡金属磷酸盐材料例如 具有LihMP04的总组成的锂过渡金属磷酸盐材料，其中M包含选自Ti、 V、 Cr、 Mn、 Fe、 Co和Ni的至少一种第一4亍过渡金属，且其中在应用 中x为0-1。该材料在0〈x〈0. 3的组成范围内或者在0〈x〈0. 15的范围内可表现为固溶体。还提供了包本文档来自技高网...

【技术保护点】
用作离子贮存材料的锂过渡金属磷酸盐材料，其包含：　至少两个共存相，包括富锂过渡金属磷酸盐相和贫锂过渡金属磷酸盐相，其中两相之间的摩尔体积百分比差异小于约６．５％。

【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：YM常，AS戈斯达斯，MW佩尼，
申请(专利权)人：A一二三系统公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]