本发明专利技术涉及一种电极材料，其含有用于Li可充电电池电极的LixFeyMzPwO4化合物，其中0.90≤x≤1.03、0.85≤y≤1.0、0.01≤z≤0.15、0.90≤w≤1.0、1.9≤x+y+z≤2.1；其中M包括至少一种选自Mn、Co、Mg、Cr、Zn、Al、Ti、Zr、Nb、Na和Ni的元素；并且其中该化合物的电荷转移电阻在室温与0℃之间的增加小于20％。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体涉及电极材料领域。更具体地,本专利技术的实施方式涉及可充电电池电极材料的改进。
技术介绍
由于Padhi等的创造性工作(JES, 144(1997)，1188)，磷-橄榄石类LiMPO4 (M =Fe、Ni、Co、Mn......)已是锂电池阴极材料的潜在候选物。在所有的同构组合物中，LiFePO4被研究得最多，并且由于其在可逆容量、速率性能和循环寿命方面的高性能(国际公开W02004/001881A2)，其已经实现了商品化。 但是，磷-橄榄石类材料电子和离子传导率差(Delacourt等人，JES, 152 (2005)A913)，因此，需要优化这些化合物的微观结构。加工应用如碳涂覆保证可以从LiFePO4提取出Li+粒子，使室温容量为 160mAh/g,即接近于理论容量 170mAh/g(W02004/001881)。另外，对于将这些LiMPO4化合物用于实际系统，特别是在例如电动汽车等要求高的应用中，主要关注之一是这些LiMPO4化合物在低温下(0°C或低于0°C)工作时功率特性的重大损失。为此，描述了使上述材料产生具有必要改进的金属磷酸盐粉末的方法。专利技术简述本专利技术的实施方式包括通式为LixMPO4的电极材料，其中M包括至少ー种金属，其中O彡X彡I，并且其中LixMPO4具有不依赖于温度的电荷转移电阻。其它实施方式描述了通式为LixMhMyPO4的有碳涂层的正极材料，其中所述LixM1^yMyPO4材料含有约少于3%的碳，并且其中Μ"包括Fe，My包括Mn。此外，O彡x彡I且O彡y彡1，并且LixMPO4的Rct常数在约0°C下小于约600hm。其电荷转移电阻不依赖于温度。附图说明图I :根据本专利技术实施方式的材料和现有技术材料在50% D0D、室温(RT)和(TC时的阻抗谱图ImZ = f (ReZ)。图2 :现有技术材料(反例)在RT和O °C时的循环伏安法测定I = f (E)。
技术实现思路
实施方式涉及Rct值不依赖于温度的LixMPO4材料。根据ー些实施方式，在0°C时用循环伏安法測量吋，Rct值低于lOOOhm。在其它实施方式中，在0°C时用循环伏安法測量时，Rct值低于600hm.对于电池应用来说，需要材料在充电/放电时以不依赖于温度的动力学与外电路交换其电子的性能。评价不依赖于温度的动力学的标准參数是电荷转移电阻(Rct),其说明材料与外电路交换电子的有效能力，并因此直接控制所述系统的功率特性。温度降低时Rct值通常显著增加，从而通过减缓材料与外电路之间的电子交换动力学而降低功率特性。迄今为止，电池制造者还没有开发出电子交换动力学在室温和低温下具有同等改进的材料的技术解决方法。需要在低温下具有改进的电子交换动力学的LiMPO4材料。所述的本专利技术的实施方式通过提供Rct值不依赖于温度的材料克服了现有磷酸盐基材料的局限性。另外这些Rct值低，从而使得所述产品可用于实际应用系统中。图I显示了实施方式描述的LiMPO4材料和现有技术材料在50% DOD、RT和0 °C时的阻抗谱图ImZ = f (ReZ)。图2 :现有技术材料(反例)在RT和O °C时的循环伏安法测定I = f (E)。本专利技术的实施方式涉及Rct值不依赖于温度的LiMPO4材料。这些Rct值在使产品可以用于电池的范围内。所述电池可以在大范围的不同温度下工作。在50°C以上、40°C以上、30°C 以上、室温、20°C、10°C、4°C、0°C、0°C 以下、-10°C 以下、-20°C 以下、-30°C 以下及-40°C以下的温度下，性能应当稳定或者达到性能的可接受阈值，如可逆容量、电荷转移电阻。因此，预计电池在约_40°C至约50°C、或-30°C至约40°C、或约_20°C至约10°C、或约-10°C至约5°C、或约-5°C至约5°C的范围内工作。本专利技术的实施方式已经证明了若干优点。例如，通过采用所述实施方式，可以通过不依赖于温度的Rct常数实现不依赖于系统的温度变化的持续改进的电子交换动力学。此夕卜，利用在0°C时的低Rct常数，在低温下使用时可以实现改进的电子交换动力学。已经令人惊奇地发现所述实施方式的LiMPO4化合物具有不依赖于温度变化的改进的电子交换动力学。这使得可以在许多不同环境下、在不同的和极端的天气条件期间和通常在不同温度下使用所述电池，包括在太空中的应用。在一些实施方式中，描述了通过将所述粉末与导电的含碳添加剂混合，用Rct值不依赖于温度的LiMPO4材料生产嵌锂型电极。其它实施方式包括相应的电极混合物。在另ー实施方式中，描述了这种电极材料在电池中的用途。所述电池包括但不限于Li电池。所述电极材料也可以用于使用不同类型电池的复合或混合电池系统中。仅作为示例，电池可以包括其它碱金属。根据ー些实施方式，电池的电极材料中可以包括Li、Na、K、Rb、Cs 和 Fr。在一个实施方式中，所述电极材料包括通式为LixMPO4的材料；其中M包括至少ー种金属，其中O く X く 1，且其中所述LixMPO4具有不依赖于温度的电荷转移电阻。M包括至少ー种金属，应当理解为是指M可以包括两种、三种或多种金属。在另ー实施方式中，所述至少ー种金属可以是例如过渡金属或ニ价或三价阳离子。仅作为示例，以下元素可以构成该所述至少ー种金属Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mg、Al、Zr、Nb、Na 或 Zn。在一些实施方式中，所述至少ー种金属可以包括两种金属。仅作为不例，姆种金属可以选自Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mg、Al、Zr、Nb、Na或Zn。对于具有多于ー种金属的化合物，M可以用M1Jy表示，其中所述多种金属的份数的总和为I。因此，ー种金属可以用Ι-y表示，另ー种金属可以用I表示，其中O < y < I。例如，可能的组合包括但不限于=M0.具.5、M0.6M0.4、M0.7M0.3、M0.8M0.2、M0.具.エ、或U。.C^jMa95Matl5t5 M可以用范围表示，例如约O. I至约O. 99、约O. 2至约O. 99、约O. 3至约O. 99、约O. 4至约O. 99、约O. 5至约O. 99、约O. 6至约O. 99、约O. 7至约O. 99、约O. 8至约O. 99、约O. 9至约O. 99、约O. 2至约O. 8、约O. 3至约O. 7、或约O. 4至约O. 6。根据ー些实施方式，过渡金属或者ニ价、三价阳离子的任意组合可以是合适的。仅作为示例，提供了由实施方式描述的以下组合系列Fe/Mn、Fe/Co、Fe/Ni、Fe/Cu、Fe/Mg、Fe/Al、Fe/Zn、Fe/Cr, Fe/V, Fe/Ti、Cr/Mn、Cr/Co, Cr/Ni、Cr/Cu、Μη/Co、Mn/Ni、Mn/Cu、Mn/Mg、Mn/Al、Mn/Zn、Co/Ni、Co/Cu, Ni/Cu、Ni/Mg, Ni/Al、Ni/Zn 或 FeA。根据ー些方面，所述电极材料的Rct常数在约0°C时用循环伏安法测定为低于约IOOOhm0但是，该Rct常数可以用任何已知方法測定，不限于循环伏安法，循环伏安法仅作为測定Rct常数的ー种方法示例而叙述。或者，可以用阻抗谱測定Rct，但是，如果用电阻抗谱測定，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【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：斯思利·泰西耶，斯蒂芬·勒瓦瑟，菲利普·宾撒，朱利安·布雷杰，
申请(专利权)人：尤米科尔公司，萨弗特集团公司，
类型：发明
国别省市：
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