电池组电池的电极的活性材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了用于电池组电池的电极的活性材料，其中该活性材料包含H2‑

【技术实现步骤摘要】
电池组电池的电极的活性材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电池组或电池组电池的电极的活性材料。本专利技术进一步涉及包含该活性材料的电极，并涉及包括此类电极的电池组或电池组电池。本专利技术进一步涉及制备用于电池组或电池组电池的电极的活性材料的方法。

技术介绍

[0002]当前，可再充电电池组是公知的。但是，当代的可再充电电池组仍具有几个缺点，如重量大、容量低、充电慢和老化快（即反复充电/放电循环后，性质例如容量和能量密度快速下降）。
[0003]无机材料，特别是陶瓷，常常用于电池组和电池组电池。无机材料的一个特定实例是H2V3O8，通常以纤维形式使用，如纳米纤维。H2V3O8是自20世纪60年代至70年代已知的化合物，在20世纪90年代部分分析了其结构，除了氢原子（质子）的位置外。在2015年部分分析了质子的位置。
[0004]H2V3O8能够可逆地交换大量碱金属离子和过渡金属离子，特别是锂（Li）、钠（Na）、钾（K）、镁（Mg）和锌（Zn）。这使其成为用作金属离子电池组，如Li离子电池组和Mg离子电池组（MIB）中的活性材料的令人感兴趣的化合物。
[0005]H2V3O8作为活性材料有助于提高电池组的容量，并且其具有高倍率性能。例如，在锂基电池组中，可以实现高于400 mAh/g的容量。在MIB中，可以获得在60℃下231 mAh/g的初始放电容量，以及在乙腈中0.5M Mg(ClO4)2的电解质中相对于Mg/Mg
2+
为大约1.9V的平均放电电压，导致440 Wh/kg的高能量密度。
[0006]EP2698854公开了一种制备包含（部分锂化的）H2V3O8的基于粒子的电极材料的方法，将其热解以获得活性材料。
[0007]US2017/0250449公开了使用H2V3O8和Zn
0.25
V2O5·
H2O作为包含水性电解质的可再充电锌离子电池组的阴极的活性材料。在段落[0081]中报道了H2V3O8具有与Zn
0.25
V2O5·
H2O相比更低的结构刚性和柔韧性，导致反复充电/放电循环后容量的保持率稍差。
[0008]H2V3O8的缺点之一是有限的化学稳定性，导致在反复的充电/放电过程中经时电化学稳定性（循环稳定性）差。换句话说，已经注意到与反复充电/放电时电池组中金属的可逆交换相关的体积变化随时间推移破坏该H2V3O8材料，这导致电池组电池容量随时间推移而显著降低。
[0009]现在已知H2V3O8的结构包含在正交晶系晶格结构中的可交换的质子。质子（氢原子）的性质可描述为从水样部分到流动的质子。尽管一定量的氢对保持正交晶系结构完好是必要的，但是每个化学式单位两个氢原子意味着一个钒原子被锁定为4+离子，即具有4+的氧化态。与具有氧化态5+的钒原子相比，4+的氧化态意味着少了一当量的碱金属（例如锂）插入，由此电池组电池的容量更低。
[0010]H2V3O8的另一缺点在于可交换质子会导致活性材料的腐蚀和/或溶解、集流体的腐蚀、以及电解质和阳极的中毒。此类损坏的后果是电池组电池的容量减小。
[0011]EP2784847公开了化学锂化的H2V3O8——Li
x
H2‑
x
V3O8，其中x为0.1至1.5、优选接近1.5。用Al(OH)3处理化学锂化的H2V3O8的表面（例如通过沉积涂层）以改善包含涂覆的化学锂化的H2V3O8作为活性材料的阴极的循环稳定性。获得化学锂化的H2V3O8——Li
x
H2‑
x
V3O8的方法的一个缺点在于在两个单独的工艺步骤中进行锂化和脱氢，由此提高了制备该材料的总持续时间。

技术实现思路

[0012]本专利技术的目的是克服一个或多个上述缺点。本专利技术的目的是提供用于电池组电池的电极的活性材料，其中该活性材料具有改善的化学稳定性，即改善的化学惰性。本专利技术的另一目的是提供一种活性材料，当用于电池组电池的电极中时，具有与现有技术的活性材料相比更高的容量和更高的经时电化学稳定性，特别是其中所述容量经阴极的反复镀覆/剥离和经电池组电池的反复充电/放电是稳定的。
[0013]本专利技术的另一目的是提供制备用于电池组电池的电极的活性材料的方法，其中该方法较不复杂和/或需要减少的加工持续过程或时间。
[0014]根据本专利技术的第一方面，提供了如所附权利要求中公开的用于电池组电池的电极的活性材料。
[0015]该活性材料包含H2‑
x
V3O8，其中x为0.01至0.99。有利地，x为0.20至0.99，如0.21至0.99，或0.25至0.95。
[0016]根据本专利技术的第二方面，提供了如所附权利要求中公开的电极。有利地，该电极是电池组电池的电极。该电极可以是阴极或阳极。该电极包含本专利技术的第一方面的活性材料。有利地，该电极基于该电极的总重量计包含50重量%至99重量%，优选75重量%至95重量%的活性材料。
[0017]有利地，该电极进一步包含电子导电材料，优选碳基电子导电材料。有利地，该电极基于该电极的总重量计包含0.5重量%至20重量%、优选2重量%至10重量%的电子导电材料，优选碳基电子导电材料。
[0018]有利地，该电极进一步包含粘合剂。有利地，该电极基于该电极的总重量计包含0.5重量%至20重量%、优选1重量%至10重量%的粘合剂。
[0019]本专利技术进一步提供了包括本专利技术的电极的电池组电池。有利地，该电池组电池进一步包括电解质、优选非水性电解质。该电解质可以是固体电解质或液体电解质。
[0020]根据本专利技术的第三方面，提供了如所附权利要求中公开的制备用于电极的活性材料的方法。
[0021]该方法包括氧化H2V3O8，由此获得H2‑
x
V3O8作为活性材料的步骤，其中x为0.01至0.99，如0.20至0.99、0.21至0.99、或0.25至0.95。
[0022]有利地，该氧化在80℃至150℃、优选100℃至130℃的温度下进行。
[0023]有利地，在氧化剂的存在下进行H2V3O8的氧化。有利地，该氧化剂是干燥空气。
[0024]本专利技术的活性材料的优点在于（但不限于此）与现有技术的活性材料相比，该活性材料具有更高的化学稳定性，表现为更高的化学惰性。当用于电池组电池的电极中时，本专利技术的活性材料的优点是更高的经时电化学稳定性，以及在电池组电池的反复充电/放电中保持的更高容量。
附图说明
[0025]现在将参照附图更详细地描述本专利技术的多个方面，其中相同的附图标记指示相同的特征。
[0026]图1示意性显示了典型的纽扣电池的配置。
[0027]图2显示了单个放电循环的电压vs.比放电容量结果。
[0028]图3显示了根据图1的电池组电池的放电容量曲线，其中阴极分别包含H2V3O8（参考电池组电池）和H2‑
x
V3O8（本专利技术电池组电池本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于电池组电池的电极的活性材料，其特征在于所述活性材料包含H2‑
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V3O8，其中x为0.01至0.99。2.如权利要求1所述的活性材料，其中x为0.20至0.99。3.如权利要求2所述的活性材料，其中x为0.21至0.99。4.如权利要求2或权利要求3所述的活性材料，其中x为0.25至0.95。5.包含如权利要求1至4任一项所述的活性材料的电极。6.如权利要求5所述的电极，其基于所述电极的总重量计包含50重量%至99重量%的所述活性材料。7.如权利要求5所述的电极，其基于所述电极的总重量计包含75重量%至95重量%的所述活性材料。8.如权利要求5所述的电极，其进一步包含碳基电子导电材料。9.如权利要求8所述的电极，其基于所述电极的总重量计包含0.5重量%至20重量%的所述碳基电子导电材料。10.如权利要求8所述的电极，其基于所述电极的总重量计包含2重量%至10重量%的所述碳基...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y，
申请(专利权)人：贝伦诺斯清洁电力控股有限公司，
类型：发明
国别省市：