[发明专利]阴极活性材料

说明书

本申请是申请日为2005年5月19日、申请号为200580016185.4、发明名称为“阴极活性材料的合成”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及用于电池中的电极活性材料，尤其涉及用于锂离子电池中的阴极活性材料。

背景技术

便携式电子设备如手机和膝上计算机的增多导致对于容量高，耐久、质轻的电池的需求增加。由于这一需求，碱金属电池，尤其是锂离子电池是实用的且受欢迎的能源。锂金属、钠金属和镁金属电池是众所周知且合宜的能源。

举例来说，一般锂电池是由一个或多个含有电化学活性(电活性)材料的电化学电池制得。这些电化学电池通常至少包括负极、正极和用于促进离子电荷载体在负极和正极之间运动的电解质。当电池充电时，锂离子从正极向电解质迁移，同时从电解质向负极迁移。在放电期间，锂离子从负极向电解质迁移，同时从电解质返回正极。因此，伴随着每次充电/放电循环，锂离子在电极之间进行传递。这样的可充电电池被称为可充电锂离子电池或摇椅电池。

这样的电池的电极通常包括具有晶格结构或构架的电化学活性材料，离子(如锂离子)可以从该晶格结构或构架中抽出，随后再嵌入其中，和/或离子插入或嵌入该晶格结构或构架中，随后再被抽出。近来，开发了一类具有这样的晶格结构的过渡金属磷酸盐及混合金属磷酸盐。这些过渡金属磷酸盐是插入类化合物，与其氧化物对应物类似。过渡金属磷酸盐和混合金属磷酸盐使得锂离子电池的设计有很大弹性。

近来，已提出包括如(SO₄)^n-，(PO₄)^n-，(AsO₄)^n-等的聚阴离子的三维结构化合物，可被作为如LiM_xO_v等氧化物类电极材料的替代物。这样的一类材料已在U.S.6,528,003B1(Barker等人)中公开。其中的化合物具有通式Li_aMI_bMII_c(PO₄)_d，其中MI和MII相同或不同。MI是一种选自如下组成的组中的金属：Fe、Co、Ni、Mn、Cu、V、Sn、Ti、Cr及其混合物。MII任选存在，当存在时，选自如下组成的组：Mg、Ca、Zn、Sr、Pb、Cd、Sn、Ba、Be及其混合物。聚阴离子类材料的更具体的实例包括LiMPO₄等橄榄石化合物，其中M＝Mn、Fe、Co等。聚阴离子类材料的其它实例包括Li₃M₂(PO₄)₃等NASICON化合物。

尽管这些化合物可用作用于制造电极的电化学活性材料，但这些材料的生产却不总是很经济的，这些材料可能不能提供足够的电压，不能提供足够的充电容量或表现低的离子传导性。本发明提供了一种经济、可再现的且高效的制造金属磷酸盐和混合金属磷酸盐的方法，其具有良好的电化学性能，能有效用于制备电极，尤其是阴极。

发明内容

本发明涉及一种制造电活性的金属聚阴离子或混合金属聚阴离子的方法，该方法包括形成含有聚合材料、溶剂、聚阴离子源或碱金属聚阴离子源和至少一种金属离子源的浆液；在一定温度下加热该浆液达足够时间以去除溶剂，形成基本上干燥的混合物；在一定温度下加热该混合物达足够时间以制得电活性金属聚阴离子或电活性混合金属聚阴离子。在一个优选实施方案中，本发明涉及一种制造金属聚阴离子或混合金属聚阴离子的方法，其包括将聚合材料溶解在溶剂中形成第一溶液，在搅拌下将聚阴离子源或碱金属聚阴离子源加至第一溶液中形成第一浆液，在搅拌下将至少一种金属离子源加至所述第一浆液中得到第二浆液，在一定温度下加热所述第二浆液达到足够时间以去除溶剂从而形成基本上干燥的混合物，然后在一定温度下加热所述混合物达到足够时间从而得到电活性金属聚阴离子或电活性混合金属聚阴离子。在一个可替代实施方案中，本发明涉及一种制造金属聚阴离子或混合金属聚阴离子的方法，该方法包括将聚合材料与聚阴离子源或碱金属聚阴离子源以及至少一种金属离子源混合得到微细混合物，加热该混合物达到高于聚合材料熔点的温度，研磨(mill)所得材料，然后加热研磨的材料。本发明的另一个目的是提供由所述方法制得的电化学活性材料。如此制得的电化学活性材料可用于制造电极和电池。

附图说明

图1示出了实施例1制得的材料的XRD。

图2示出了实施例1制得的聚合LVP的电压对时间的曲线图。