本发明专利技术涉及一种由具有式AxM(XO4)y的化合物颗粒组成的材料C-AxM(XO4)y，其中所述颗粒包括通过热解而沉积在至少部分其表面上的碳，其中：A表示Li，单独或部分被最多10％原子百分比的Na或K取代；M表示Fe（Ⅱ）或Mn（Ⅱ）、或其混合物，单独或部分被下列物质取代：最多30％原子百分比的选自Mn、Ni和Co的一种或多种金属，和/或最多5％原子百分比的Fe（Ⅲ）；XO4表示PO4，单独或部分被最多10％原子百分比的至少一个选自SO4、SiO4和MoO4的基团取代；并且其中该材料具有低于约1000ppm的钙杂质含量。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种具有提高的电化学性能的阴极材料的优化方法。本专利技术还涉及享有提高的电化学性能的材料。
技术介绍
锂离子电池中的LiCoO2插层化合物(intercalation compound)包含三种良好的电化学性能。然而，有限的量、钴的价格和安全问题阻碍了这种锂离子电池在需要高存储容量的情况下的使用。提出锂和过渡金属氧化物可以被具有橄榄石同位素结构的材料取代，特别是L 11^04型，其中M可以为如铁等金属(参见US 5，910，382和US 6，514，640)。由于相对于氧的释放，p-ο共价键稳定充电阴极，安全问题因此得到解决。由于PO4聚阴离子共价键合导致的其本质的弱导电性，某些材料，例如LiFePO4,其具有次优的反应动力学。然而，在这种材料的表面热解碳薄层的使用(如EP1049182，CA2，307，119，US 6，855，273，US 6，962，666，US 7，344，659，US 7，457，018，W002/27823 和 WO02/27824所述)使我们发展和市场化负载电子导电的热解碳沉积(例如，C-LiFePO4)的高容量电池级磷酸盐产品，其能提供高功率。在锂和铁磷酸盐的特别例子中，这些材料也可以通过用等价或异价阳离子金属部分取代改性，例如但不限于Mn、Ni、Co、Mg、Mo、Nb、Ti、Al、Ta、Ge、La、Y、Yb、Sm、B、Ce、Hf、Cr、Zr、Bi、Zn、Ca 和 W,或通过用 Si04、SO4 或 MoO4 部分取代氧离子 PO4 (如 US 6，514，640 所述)。在C-LiFePO4的特别例子中，C-LiFePO4阴极相对Li+/Li°阴极的3. 5V电位(实际上也是锂化金属聚合物(LMP)技术电池的理想候选)使用锂金属阴极以替代钒氧化物。实际上，这些电池使用溶解有锂盐的聚醚家族的干燥聚合物作为离子导电电解质，其稳定电化学窗口相对Li+/Li°大约为4V。使用C-LiFePO4使设计用于电动车的LMP电池成为可能，提供优异的循环性能和提高的安全性。
技术实现思路
在其表面包括热解碳沉积的锂化或部分锂化氧离子基材料(特别是这些材料为C-LiFePO4的情况下)，当其某些批次被用作阴极时，例如在LMP电池的具体情况下，特别是考虑它们的电化学性能时，存在具体的问题。特别地，通过电池中面积特性阻抗(来自于英语“Area Specific Impedance”,称为“ASI”)的增加,第一次确认了这些问题,这种增加对电池的性能有害。这些具体的问题促使专利技术人开始允许他们确认和解决这些问题的研发计划。通过许多使用各种例证和非限制性批次的C-LiFePO4材料的试验，专利技术人注意到，令人惊奇的是，在LMP电池中ASI的增长与含钙杂质的低含量存在有关。现有技术中没有文献解释或教导含钙杂质对LMP电池的ASI的负面影响。因此，本专利技术涉及锂化或部分锂化的氧原子基的包括热解碳沉积在表面上以提高电化学性能的材料，例如，当用作LMP技术电池的阴极时。在一个非限制性的方面，本专利技术还提出了一种含上述定义的材料的电极及这种电极在LMP技术电池中的应用。在一个非限制性的方面，本专利技术还提出了包括具有式AxM(XO4)y化合物颗粒的C-AxM(XO4)y材料，其中所述颗粒包括通过热解而沉积在至少部分其表面上的碳沉积物，其中A表示Li，单独或部分被最多10%原子百分比的Na或K取代；M表示Fe(II )或Mn( II )、或其混合物，单独或部分被下列物质取代最多30%原子百分比的选自Ni和Co的一种或 多种其他金属，和/或最多10%原子百分比的除Ni或Co的一种或多种异价或等价金属，和/或最多5%原子百分比的Fe (III);和XO4表示PO4，单独或部分被最多10%原子百分比的至少一个选自S04、Si04和MoO4的基团取代；0〈x ( 2并且0〈y ( 2，独立地选择系数x和y以确保氧化复合物电中性；并且其中所述材料的作为杂质存在的钙含量低于约lOOOppm。在另一个非限制性的方面，本专利技术提出了一种用于提高锂化金属聚合物(LMP)技术电池的电化学性质的方法，其中电池包括含具有式AxM (XO4) y的化合物颗粒的锂化或部分锂化氧离子基材料，其中颗粒包括通过热解法沉积在至少部分表面的碳，其中A表示Li，单独或部分被最多10%原子百分比的Na或K取代；M表示Fe (II)或Mn (II)、或其混合物，单独或部分被下列物质取代最多30%原子百分比的选自Ni和Co的一种或多种其他金属，和/或最多10%原子百分比的除Ni或Co的一种或多种异价或等价金属，和/或最多5%原子百分比的Fe (III);和XO4表示PO4，单独或部分被最多10%原子百分比的至少一个选自S04、Si04和MoO4的基团取代；0〈x ( 2并且0〈y ( 2，独立地选择系数x和y以确保氧化复合物电中性；并且该方法包括(i)确定下列物质中作为杂质存在的钙含量(a)包含具有式AxM(XO4)y化合物颗粒的锂化或部分锂化氧离子基材料，(b)包含具有式AxM(XO4)y化合物颗粒的锂化或部分锂化氧离子基材料，其中该颗粒包括通过热解而沉积在至少部分其表面上的碳，或(c) (a)或(b)的前体；以及(ii)选择(a)、(b)或(C)的材料或前体用于制备阴极，其含杂质钙含量低于约lOOOppm，优选低于约500ppm，更有选低于约300ppm，并且甚至更优选低于约lOOppm。在一个实施方案中，上述界定的方法包括，在合成材料和(或)在洗涤步骤中，使用或多或少含钙的水以使在C-AxM(XO4)y产物中作为杂质存在的钙含量低于约lOOOppm，优选低于约500ppm，更优选低于约300ppm，更优选低于约lOOppm。在一个实施方案中，碳膜为均一的、粘连的非粉状的沉积物。相比于所述材料的总重量，这表示约0. 03到约15重量优选约0. 5到约5重量％。在一个实施方案中，当用作阴极材料时，本专利技术的材料展现出相对Li+/Li°至少约3，4-3，5V的充/放电平台，这是Fe+2/Fe+3电偶的特性。在另一个非限制性的方面，本专利技术提出一种用于通过热法合成C — LiMPO4的、可能水合的MPO4材料，其中该材料中作为杂质存在的钙含量低于约lOOOppm，M为代表至少70%原子百分比的Fe(II)的金属。在一个实施方案中，用于通过热法合成C-LiMPO4的MPO4材料，其特征在于作为杂质存在的I丐含量低于约500ppm,优选低于约300ppm,并且甚至更优选低于约lOOppm。在另一个非限制性的方面，含钙的杂质主要存在于MPO4材料的表面。在一个具体的实施方案中，M代表Fe (II )，用于通过热法合成C 一 LiFePO4的、可能水合的FePO4M料的特征为作为杂质存在的钙含量低于约lOOOppm，优选低于约500ppm，更优选低于约300ppm，并且甚至更优选低于约lOOppm。在另一个非限制性的方面，含钙的杂质主要存在于FePO4材料的表面。具体实施例方式通过本专利技术的下面的具体实例的描述，本领域技术人员将很容易理解本专利技术的这些方面和其他特征。 通过众多的实验，专利技术人发现，令人惊奇的是，在LMP电池中ASI地增加与负载的I丐杂质的存在有关。在本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.01.28 CA 2,691,2651.一种由具有式AxM(XO4)y的化合物颗粒组成的材料C-AxM(XO4)y，其中所述颗粒包括通过热解而沉积在至少部分其表面上的碳，其中 一 A表不Li,单独或部分被最多10%原子百分比的Na或K取代； 一 M表示Fe (II)或Mn (II )、或其混合物，单独或部分被下列物质取代最多30%原子百分比的选自Ni和Co的一种或多种其他金属，和/或最多10%原子百分比的除Ni或Co的一种或多种异价或等价金属，和/或最多5%原子百分比的Fe (III);和 -XO4表示PO4，单独或部分被最多10%原子百分比的至少一个选自S04、SiO4和MoO4的基团取代；以及 -0<x ^ 2并且0〈y ( 2，独立地选择系数X和y以确保氧化复合物电中性； 并且其中该材料的特征在于，作为杂质存在的钙含量低于约lOOOppm，优选低于约500ppm,更优选低于约300ppm,并且甚至更优选低于约lOOppm。2.如权利要求I所述之材料，其特征在于M表示Fe(II)，单独或部分被下列物质取代最多30%原子百分比的选自Mn、Ni和Co的一种或多种其他金属,和/或最多10%原子百分比的选自 Mg、Mo、Nb、Ti、Al、Ta、Ge、La、Y、Yb、Sm、Ce、Cu、Hf、Cr、Zr、Bi、Zn、B、Ca、和 W的一种或多种异价或等价金属，和/或最多5%原子百分比的Fe (III)。3.如权利要求I所述之材料，其特征在于所述碳膜为均一的、粘连的非粉状的沉积物。4.如权利要求I所述之材料，其特征在于所述碳沉积物占总重量的约0.03到约15重量％。5.如权利要求I所述之材料，其特征在于作为杂质存在的钙主要沉积在材料C-AxM(XO4)y的表面上。6.如权利要求5所述之材料，其特征在于作为杂质存在的钙主要为磷酸钙形式，其可选地含锂。7.如权利要求I所述之材料，其特征在于材料C-AxM(XO4)y来自C- LiFeP04。8.如权利要求I所述之材料，其特征在于其由基本粒子和基本粒子的聚集体构成。9.如权利要求8所述之材料，其特征在于所述聚集体粒子的尺寸为IOnm到3μ m，并且聚集体粒子的尺寸为约IOOnm到约30 μ m。10.如权利要求9所述之材料，其特征在于其比表面积为约5m2/g到约50m2/g。11.如权利要求8所述之材料，其特征在于所述基本粒子的尺寸为约Iμπι到约5 μπι。12.如权利要求8所述之材料，其特征在于所述聚集体的尺寸为约Iμ m到约10 μ m。13.如权利要求I所述之材料，其特征在于所述材料C-AxM(XO4)y由基本粒子和基本粒子的聚集体构成，其中所述基本粒子的粒径分布D5tl为约I μ m到约5 μ m,并且其中所述聚集体的粒径分布D5tl为约I μ m到约10 μ m。14.一种由复合物材料的膜构成的电极，所述复合物材料的膜沉积在形成集流体的导电基底上，其特征在于所述复合物材料包括如权利要求I 一 13中任一项所述之C-AxM(XO4)y材料...
【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼斯·若弗鲁瓦，梁国宪，米克尔·戈捷，特恩斯滕·拉尔斯，纳塔莉·拉韦，米克尔·帕伦特，
申请(专利权)人：福斯特克锂公司，
类型：
国别省市：
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