阴极活性材料的合成制造技术

本发明专利技术涉及一种制造电活性的金属聚阴离子或混合金属聚阴离子的方法，该方法包括形成含有聚合材料、溶剂、聚阴离子源或碱金属聚阴离子源，和至少一种金属离子源的浆液；在一定温度下加热该浆液达足够时间以去除溶剂，从而形成基本上干燥的混合物；在一定温度下加热该混合物达足够时间以制得电活性金属聚阴离子或电活性混合金属聚阴离子。在一个可替代实施方案中，本发明专利技术涉及一种制造金属聚阴离子或混合金属聚阴离子的方法，该方法包括将聚合材料与聚阴离子源或碱金属聚阴离子源以及至少一种金属离子源混合得到微细混合物，加热该混合物达到高于聚合材料熔点的温度，研磨所得材料，然后加热研磨的材料。本发明专利技术的另一个目的是提供由所述方法制得的电化学活性材料。如此制得的电化学活性材料可用于制造电极和电池。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于电池中的电极活性材料的合成，尤其涉及用于锂离 子电池中的阴极活性材料的合成。
技术介绍
便携式电子设备如手机和膝上计算机的增多导致对于容量高，耐久、 质轻的电池的需求增加。由于这一需求，碱金属电池，尤其是锂离子电 池是实用的且受欢迎的能源。锂金属、钠金属和镁金属电池是众所周知 且合宜的能源。举例来说， 一般锂电池是由一个或多个含有电化学活性(电活性) 材料的电化学电池制得。这些电化学电池通常至少包括负极、正极和用 于促进离子电荷载体在负极和正极之间运动的电解质。当电池充电时， 锂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， 锂离子从负极向电解质迁移，同时从电解质返回正极。因此，伴随着每 次充电/放电循环，锂离子在电极之间进行传递。这样的可充电电池被称 为可充电锂离子电池或摇椅电池。这样的电池的电极通常包括具有晶格结构或构架的电化学活性材 料，离子(如锂离子)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， 幵发了一类具有这样的晶格结构的过渡金属磷酸盐及混合金属磷酸盐。 这些过渡金属磷酸盐是插入类化合物，与其氧化物对应物类似。过渡金 属磷酸盐和混合金属磷酸盐使得锂离子电池的设计有很大弹性。近来，已提出包括如(S04广，(P04广，(AS04广等的聚阴离子的三维结构化合物，可被作为如LiMxOy等氧化物类电极材料的替代物。这样的一 类材料已在U. S. 6,528,003 Bl (Barker等人)中公开。其中的化合物具有 通式LiaMIbMIIc(P04)d，其中MI和Mil相同或不同。MI是一种选自如7下组成的组中的金属Fe、 Co、 Ni、 Mn、 Cu、 V、 Sn、 Ti、 Cr及其混合 物。MII任选存在，当存在时，选自如下组成的组Mg、 Ca、 Zn、 Sr、 Pb、 Cd、 Sn、 Ba、 Be及其混合物。聚阴离子类材料的更具体的实例包括 LiMP04等橄榄石化合物，其中M-Mn、 Fe、 Co等。聚阴离子类材料的其 它实例包括Li3M2(P04)3等NASICON化合物。尽管这些化合物可用作用于制造电极的电化学活性材料，但这些材 料的生产却不总是很经济的，这些材料可能不能提供足够的电压，不能 提供足够的充电容量或表现低的离子传导性。本专利技术提供了一种经济、 可再现的且高效的制造金属磷酸盐和混合金属磷酸盐的方法，其具有良 好的电化学性能，能有效用于制备电极，尤其是阴极。
技术实现思路
本专利技术涉及一种制造电活性的金属聚阴离子或混合金属聚阴离子的 方法，该方法包括形成含有聚合材料、溶剂、聚阴离子源或碱金属聚阴 离子源和至少一种金属离子源的浆液；在一定温度下加热该浆液达足够 时间以去除溶剂，形成基本上干燥的混合物；在一定温度下加热该混合 物达足够时间以制得电活性金属聚阴离子或电活性混合金属聚阴离子。 在一个优选实施方案中，本专利技术涉及一种制造金属聚阴离子或混合金属 聚阴离子的方法，其包括将聚合材料溶解在溶剂中形成第一溶液，在搅 拌下将聚阴离子源或碱金属聚阴离子源加至第一溶液中形成第一浆液， 在搅拌下将至少一种金属离子源加至所述第一浆液中得到第二浆液，在 一定温度下加热所述第二浆液达到足够时间以去除溶剂从而形成基本上 干燥的混合物，然后在一定温度下加热所述混合物达到足够时间从而得 到电活性金属聚阴离子或电活性混合金属聚阴离子。在一个可替代实施 方案中，本专利技术涉及一种制造金属聚阴离子或混合金属聚阴离子的方法， 该方法包括将聚合材料与聚阴离子源或碱金属聚阴离子源以及至少一种 金属离子源混合得到微细混合物，加热该混合物达到高于聚合材料熔点 的温度，研磨(mill)所得材料，然后加热研磨的材料。本专利技术的另一个 目的是提供由所述方法制得的电化学活性材料。如此制得的电化学活性 材料可用于制造电极和电池。附图说明图1示出了实施例1制得的材料的XRD。 图2示出了实施例1制得的聚合LVP的电压对时间的曲线图。 图3示出了实施例1制得的聚合LVP在C/2速率下的循环性能和电压的 曲线图。图4示出了实施例2制得的材料的XRD。 图5示出了实施例2制得的聚合LVP的电压对时间的曲线图。 图6示出了实施例2制得的聚合LVP在C/2速率下的循环性能和电压的 曲线图。图7示出了实施例3制得的材料的XRD。图8示出了实施例3制得的聚合LVP在C/2电流速率下的循环性能。 图9示出了实施例4制得的材料的XRD。 图10示出了实施例5制得的材料的XRD。图11示出了实施例5制得的材料在C/2电流速率下的循环性能。 图12示出了实施例6制得的材料的XRD。图13示出了实施例6制得的材料在C/2电流速率下的循环性能。图14示出了实施例7制得的聚合LVP在C/2电流速率下的循环性能。图15示出了实施例8制得的聚合LVP在C/2电流速率下的循环性能。专利技术详述本专利技术涉及制造电活性金属聚阴离子和混合金属聚阴离子的方法，尤其 是涉及制造金属磷酸盐和混合金属磷酸盐的方法。在另一个实施方式中，本 专利技术涉及由该方法制造的电化学活性材料，由该电活性材料制得的电极以及 含有该电极的电池。金属磷酸盐和混合金属磷酸盐，尤其是含锂金属(lithiated metal)和混 合金属磷酸盐近来被提出可作为用于离子电池尤其是锂离子电池中的电极 活性材料。这些金属磷酸盐和混合金属磷酸盐是插入类化合物(insertion based compounds)。也就是说，这样的材料具有晶格结构或构架，离子尤其 是锂离子可以从该晶格结构或构架中抽出，随后再嵌入其中，和/或离子插入该晶格结构或构架中，随后再被抽出。过渡金属磷酸盐使得电池尤其是锂离子电池的设计有很大弹性。仅通过 改变过渡金属的种类就可达到调节活性材料的电压和比容量。这些过渡金属磷酸盐阴极材料的实例包括标称通式LiFeP04、 Li3V2(P04)^n LiFei.xMgxP04 的化合物，如在2003年3月4日签发的U. S. 6,528,033 Bl (Barker等人，此 后称作'033专利)中所公开的。具有通式LiaMIbMIIc(P04)d的一类化合物在U. S. 6,528,003 Bl (Barker 等人)中公开，其中MI和MII相同或不同。MI是一种选自如下组成的组中 的金属Fe、 Co、 Ni、 Mn、 Cu、 V、 Sn、 Ti、 Pb、 Si、 Cr及其混合物。Mil 任选存在，当存在时，其选自如下组成的组Mg、 Ca、 Zn、 Sr、 Pb、 Cd、 Sn、 Ba、 Be及其混合物。其中公开了，例如可通过将反应物Fe203、 Li2C03、 (NH4)2HP04和碳混合，然后在惰性气氛下加热该混合物而制得LiFeP04。碳 的含量足以还原起始原料的至少一种金属离子的氧化态，但没有将其还原至 元素态。该方法的有利之处在于它利用了较便宜的原料Fe203。先前制备 LiFeP04的方法需要利用较昂贵的F^+盐，如草酸盐、醋酸盐或FeO。U. S. 6,528,033 Bl还公开了可采用Fe203制备LiFei.xMgxP04 。 LiFe,.xMgxP04的制备是通过将反应物LiH2P04、 Fe本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造电活性的金属聚阴离子或混合金属聚阴离子的方法，该方法包括步骤：　形成含有具有一定沸点的溶剂、聚阴离子源、至少一种金属离子源和聚合材料的混合物；　在高于溶剂沸点的温度下加热该混合物达足够时间以基本上去除所有溶剂，得到基本上 干燥的混合物；　在一定温度下加热该混合物达足够时间以制得电活性金属聚阴离子或电活性混合金属聚阴离子。

【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：黄碧颖，杰弗里斯沃耶，耶齐德M赛义迪，黄海涛，
申请(专利权)人：威伦斯技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]