[发明专利]电化学组合物及相关技术

说明书

技术领域

本发明涉及一种电化学组合物及其制造方法。

背景技术

许多电化学应用及装置，例如电化学电池或电池，使用展现电化学氧化还原活性及/或可参与电化学氧化还原反应的组合物。举例来说，使用锂离子组合物的二次电池或可再充电电池已产生相当大的效益。举例来说，锂离子电池通常具有锂离子电解质、固态还原物作为阳极以及固态氧化物作为阴极，后者通常为电化学导电性基质，其中锂离子于放电阶段可逆地迁入其中，并且于充电阶段可逆地从其中迁出锂离子。在阳极和阴极处出现的电化学反应实质上是可逆的，造成电池实质上是可再充电的。

已研究出许多适用于作为电化学氧化还原活性电极材料的固态组合物。此等组合物包含具有例如尖晶石结构、橄榄石结构、NASICON结构及/或类似结构的物质。一些此等组合物已展现出导电性或可操作性不足，或已连结其它负面相关性，例如太贵或不易制造或污染环境。

适用于电化学氧化还原反应的组合物、其制造方法、其用途及/或相关技术通常是必要的。

发明内容

本案公开了适用于电化学氧化还原反应的组合物。此一组合物可包含以通式AxMyXO₄表示的材料，其中通式中的A代表至少一种选自碱金属元素、铍、镁、镉、硼及铝的元素；M代表至少一种选自过渡金属元素、锌、镉、铍、镁、钙、锶、硼、铝、硅、镓、锗、铟、锡、锑及铋的元素；X代表至少一种选自磷、砷、硅及硫的元素；O代表氧；x代表数目约0.8至约1.2(含)，并且y代表数目约0.8至约1.2(含)。此一组合物还可包含至少一种选自过渡金属元素、锌、镉、铍、镁、钙、锶、硼、铝、硅、镓、锗、铟、锡、锑及铋的元素的氧化物。其组成使得材料和氧化物呈共结晶态。过量的氧化物可沿着金属-氧化物共结晶态结构形成层状物。该组合物可为纳米级，由例如纳米级共结晶态颗粒构成。

适用于电化学氧化还原反应的组合物可包含以通式MyXO₄表示的材料，其中材料可迁入离子A以形成AxMyXO₄，其中A、M、X、O、x及y均如上所述。举例来说，当材料于参考电极存在下置于含有离子A的溶液中以及受到离子插入或迁入程序时，可形成AxMyXO₄。举例来说，当以通式AxMyXO₄表示的材料于参考电极存在下置于含有离子A溶液中以及受到离子提取(ion-extraction)或迁出(de-intercalation)程序时，可形成MyXO₄。此一组合物还可含有上述的氧化物。其组成使得材料和氧化物呈共结晶态。该组合物可为纳米级，由例如纳米级共结晶态颗粒构成。

此中所述的组合物可用于许多应用、环境和装置。举例来说，电极(例如阴极)可含有此中所述的组合物。举例来说，电化学电池(例如电池)可含有此中所述的组合物。

本发明还公开一种制造适用于电化学氧化还原反应的组合物的方法。此一方法包含合并含有M的第一材料，其中M代表至少一种选自过渡金属元素、锌、镉、铍、镁、钙、锶、硼、铝、硅、镓、锗、铟、锡、锑及铋的元素，与含有X之第二材料的溶液，其中X代表至少一种选自磷、砷、硅及硫之元素。视所述之X的本性而定，第二材料可对应地含有至少一种选自磷酸盐、砷酸盐、硅酸盐及硫酸盐的材料。该溶液可包含足以促进该第一材料与该第二材料反应的表面活性剂。合并该第一材料与该第二材料可制造出混合溶液。

此中所述的一种制备方法可包含在反应溶液中合并所述混合溶液与含有离子A的第三材料，其中A代表至少一种选自碱金属元素、铍、镁、镉、硼及铝的元素。合并上述混合溶液与该第三材料的步骤可包含调整反应溶液的pH，以促进反应。可从反应溶液得到颗粒混合物。当形成的材料不含A成分时，制备方法可包含由上述混合溶液得到颗粒混合物，而非由上述反应溶液得到。

得到颗粒混合物的步骤可包含研磨该颗粒混合物。研磨步骤可造成材料原本各自的结晶态结构破坏，使得颗粒混合物形成例如半结晶态的MyXO₄或AMyXO₄组合物。