用于可再充电蓄电池的活性材料制造技术

一种电化学装置如镁离子蓄电池，其包含：包含第一活性材料的第一电极、第二电极、和位于第一电极与第二电极之间的电解质。所述电解质可包含镁化合物，例如镁盐。在代表性的实例中，改善的活性材料包括15族硫属化物，特别是铋硫属化物，例如氧化铋或其它硫属化物。在各种实例中，改善的活性材料可用于示例的蓄电池的正电极或负电极中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及电化学装置如蓄电池，特别是可再充电蓄电池如可再充电镁离子蓄电池。
技术介绍
可再充电蓄电池如锂离子蓄电池具有多种商业应用。能量密度是重要的特性，并且较高的能量密度对于很多应用是需要的。镁离子蓄电池中的镁离子带有两个电荷，相比之下，锂离子带有单一电荷。为了开发高能量密度的蓄电池，改善的电极材料会是非常有用的。
技术实现思路
本专利技术的实例包括具有包含活性材料的电极的镁基蓄电池，所述活性材料包含15族元素如秘(Bi)。在一些实例中，活性材料包括15族元素的硫属化物,例如15族元素如磷、砷、锑或铋的氧化物、硫化物、硒化物、或碲化物。一个特别的实例是包含氧化铋的活性材料。例如，氧化铋可以以颗粒如微米级、亚微米或纳米级的Bi2O3颗粒存在。实例包括可再充电镁离子蓄电池。本专利技术的实例包括用于电化学装置如可再充电镁离子蓄电池的改善的活性材料。新型的活性材料可用于蓄电池的正电极或负电极。在一些代表性的实例中，负电极可为镁金属并且正电极可包含活性材料，该活性材料包含铋和/或另一 15族元素的化合物。正电极可包含氧化铋。正电极还可包含电子传导材料和/或粘结剂。在另一些代表性的实例中，正电极材料可为任何常规的活性材料并且负电极可包含根据本专利技术的一个实施方案的新型活性材料，如15族化合物。例如，负电极可包含氧化铋，并且还可包含电子传导材料和/或粘结剂。示例的蓄电池可包含负电极、正电极、和电解质层。电解质层可由浸泡在电解质溶液中的分隔体提供。根据蓄电池类型，电解质溶液包含镁离子或其它活性离子。例如，电解质可包含非水液体和镁盐。改善的活性材料还可包含导电材料如碳和粘结剂材料如聚合物粘结剂。一个示例的镁基蓄电池包含包含活性材料的第一电极、第二电极、和位于第一电极与第二电极之间的电解质，所述电解质包含镁盐，所述活性材料包括15族化合物，例如15族硫属化物如铋化合物，特别是氧化铋。在各种实例中，第一电极可为蓄电池的正电极或负电极。一个示例的镁离子蓄电池包含包含活性材料的正电极、包含含有镁的金属如金属镁或镁合金的负电极、和位于第一电极与第二电极之间包含镁盐的电解质。所述活性材料包括15族化合物，例如15族硫属化物如铋化合物，例如氧化铋。另一个示例的镁离子蓄电池包含包含第一活性材料的正电极、包含第二活性材料的负电极、和位于第一电极与第二电极之间的电解质，所述电解质包含镁盐。所述活性材料包括15族化合物，例如15族硫属化物如铋化合物，特别是氧化铋。第二活性材料可包含能够与电解质的镁离子电解相互作用的任何材料。除了活性材料以外，电极还可包含粘结剂和导电材料，并且其可负载在集流体上。附图说明图I显示了一种镁离子蓄电池，其包含镁金属负电极和包含新型活性材料的正电极。图2显示了一种镁离子蓄电池，其在负电极中具有新型活性材料。 图3A-3C显示了对于镁/氧化铋半电池的三个循环的充电/放电曲线与颗粒尺寸的函数关系。具体实施例方式本专利技术的实例包括电化学装置，例如蓄电池，特别是可再充电蓄电池。实例包括镁基蓄电池，并且特别是对于在镁离子蓄电池的电极中用作活性材料的材料。特别地，示例的蓄电池包含电极活性材料，其包含至少一种15族元素。例如，活性材料可包括15族元素的硫属化物。本文中描述的改善的活性材料可用于示例的蓄电池的阴极和/或阳极。在不旨在成为限制性的一个特别实例中，对于镁离子蓄电池，改善的活性材料包含氧化铋。由于可再充电镁离子蓄电池的高容量密度，期望其成为高能量蓄电池系统。特别地，与锂离子蓄电池相比，镁离子的每个镁离子传递两个电子。然而，之前不存在可完全利用高容量密度优势的良好阴极或阳极活性材料。在本专利技术的实例中，将包含15族元素的改善的活性材料用作可再充电蓄电池的活性材料。示例的电极包括活性材料，所述活性材料包含来自秘、铺、砷或磷的至少一种元素的化合物如硫属化物。代表性的实例为铋、锑和砷的硫属化物或其一些组合。优选的活性材料包含铋，例如铋化合物如铋硫属化物。新型活性材料的特别实例包括15族元素的硫属化物，例如其氧化物、硫化物和硒化物。硫属化物可包含一种或多种16族元素，例如氧、硫、硒或碲中的一种或多种。改善的活性材料的一个特别实例包含氧化铋。例如，氧化铋(III) Bi2O3可用于改善的活性材料。其它的实例包括硫化铋、硒化铋、氧化锑、硫化锑、硒化锑、氧化砷、硫化砷、硒化锑、混合的硫属化物如一种或多种15族元素的硫硒化物，等等。活性材料还可包含导电材料和粘结剂。示例的导电材料包括碳颗粒,例如炭黑。示例的粘结剂包括聚合物。图I显示了具有改善的正电极活性材料的可再充电的镁离子蓄电池。该蓄电池包含包含镁金属的负电极10、电解质层12、正电极14、集流体16、负电极壳体18、正电极壳体20和密封衬垫22。电解质层16包含浸泡在电解质溶液中的分隔体，并且正电极14由集流体16支撑。在该实例中，正电极包含根据本专利技术的一个实例的改善的活性材料、导电碳和粘结剂。例如，正电极可包含氧化铋、其它15族硫属化物或其它15族化合物。图2显示了新型活性材料用于可再充电的镁蓄电池的负电极的另一实例。该蓄电池包含负电极30、集流体32、电解质层34、正电极36、集流体38、负电极壳体40、衬垫42和正电极壳体44。电解质层34包含浸泡在电解质溶液中的分隔体，并且正电极和负电极由各自的集流体支撑。在该实例中，负电极包含根据本专利技术的一个实例的改善的活性材料、导电碳和粘结剂。例如，负电极可包含氧化铋、其它15族硫属化物或其它15族化合物。正电极可包含用于这样的可再充电蓄电池的正电极的任何常规活性材料，例如另一种氧化物，并且还可包含导电碳和粘结剂。在可再充电蓄电池中，在充电/放电循环期间镁离子在第一和第二活性材料之间传递。图3A-3C显示了三种氧化铋电极的充电/放电曲线的对比。总体上，在第二循环后电极结构显示了恒定大于300毫安-小时/克的能量密度。·图3A显示了纳米级氧化铋颗粒(具有20纳米的平均颗粒直径)的充电/放电曲线。图3B显示了亚微米级氧化铋颗粒(具有100纳米的平均直径)的曲线。图3C显示了微米级氧化铋颗粒(具有10微米的平均直径)的曲线。附图显示了在初始的三个循环期间镁/氧化铋半电池的曲线。在纳米级材料的第一个循环期间(图3A)，纳米级的Bi2O3颗粒基的电极结构具有641mAh/g的放电容量，但是仅有约40%的容量为可逆的。对于第二和第三个循环，库伦效率逐渐改善至约80%，并且在接下来的循环中获得了大于300mAh/g的连续稳定的放电容量。在氧化铋的情况下，与2，061mAh/cm3的锂金属的数值相比，300mAh/g的容量对应于每立方厘米2，670毫安-小时(mAh/cm3)。因此，与锂离子蓄电池相比，就库伦容量密度而言，镁/氧化铋系统具有显著的潜在优势。图3A-3C中显示的结果说明在广泛的颗粒尺寸范围中获得了改善的性质。对于可再充电镁蓄电池，这是首次获得大于300毫安-小时/克(mAh/g或mAhg-1)的能量密度。因此，改善的活性材料包含15族元素，例如铋，其可为硫属化物如氧化物、硫化物、硒化物或碲化物的形式。改善的活性材料可用于电化学装置如可再充电蓄电池的正电极或负电极中。活性材料可包含一种或多种15族元素，例如一种或多种15族元素的氧化物、硫化物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.06.21 US 12/819,3251.一种装置，该装置为镁基蓄电池，包含 第一电极，其包含活性材料； 第二电极； 位于第一电极与第二电极之间的电解质，所述电解质包含镁化合物， 所述活性材料包含15族硫属化物。2.权利要求I的装置，所述15族硫属化物为包含选自磷、砷、锑和铋的一种或多种元素，并且还包含选自氧、硫、硒和碲的一种或多种元素的化合物。3.权利要求I的装置，所述活性材料包含铋硫属化物。4.权利要求3的装置，所述铋硫属化物为氧化铋。5.权利要求I的装置，其中第一电极为正电极，并且第二电极为负电极。6.权利要求5的装置，其中第二电极包含镁金属或镁合金。7.权利要求I的装置，其中第一电极为负电极，并且第二电极为正电极。8.权利要求I的装置，所述装置为可再充电镁离子蓄电池。9.权利要求8的装置，所述可再充电镁离子蓄电池具有至少300毫安-小时/克的能量密度。10.权利要求8的装置，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：松井雅树，
申请(专利权)人：丰田自动车工程及制造北美公司，
类型：
国别省市：