[发明专利]用于二次电化学电池的活性材料的制造方法

说明书

本申请要求于2009年4月16日递交的美国专利申请第61/169,995号的优先权。

技术领域

本发明涉及制备磷酸钒锂材料的先进方法，所述磷酸钒锂材料是电活性的，并因此可用于制备用于电化学电池的电极。此制备磷酸钒材料的方法是先进的，因为与用已知的制备磷酸钒材料的方法生产的材料相比，用此方法生产的材料具有减少的循环衰减并表现出更高的初始比容量。

背景技术

举例来说和一般而言，锂离子电池由一个或多个包含电化学活性(电活性)材料的锂离子电化学电池制备。这类电池通常至少包括负电极、正电极和促进离子电荷载体在负电极和正电极之间运动的电解液。当电池被充电时，锂离子从正电极转移到电解液并同时从电解液转移到负电极。在放电期间，锂离子从负电极转移到电解液并同时从电解液回到正电极。如此，随着每次充电/放电循环，锂离子在电极之间迁移。这类锂离子电池被称作再充电式锂离子电池或摇椅式电池。

这类电池的电极通常包括具有晶格结构或框架的电化学活性(电活性)材料，从所述晶格结构或框架中离子如锂离子能够被提取并随后被再插入，和/或从所述晶格结构或框架中离子如锂离子能够被插入或嵌入并随后被提取。最近已经开发了具有此类晶格结构的一类过渡金属磷酸盐和混合金属磷酸盐。这些过渡金属磷酸盐是插入类化合物并且在锂离子电池的设计中允许很大的灵活性。

在美国专利6,528,033B1(Barker等人)中公开了一类这种材料。其中的化合物通式为Li_aMI_bMII_c(PO₄)_d，其中MI和MII是相同的或不同的。MI是选自Fe、Co、Ni、Mn、Cu、V、Sn、Cr及其混合物的金属。MII任选地存在，但当存在时是选自Mg、Ca、Zn、Sr、Pb、Cd、Sn、Ba、Be及其混合物的金属。此类化合物更具体的例子包括其中MI是钒的化合物，且更具体地包括标称通式为Li₃V₂(PO₄)₃的材料。美国专利6,645,452B1(Barker等人)中进一步公开了电活性磷酸钒如LiVPO₄F和LiV_0.9Al_0.1PO₄F。

尽管发现这些化合物可用作电化学活性材料，但这些材料不总是容易生产且不总是易于去除杂质和其它可能的缺陷。由此，用于制备此嵌入材料以生产最优化的材料的方法将是有益的。本发明的发明人现已发现了制备此最优化的磷酸钒材料的方法。

发明内容

本发明提供“最优化的”磷酸钒锂材料的制备。所述材料在避免于高温下暴露于还原性气体(如氢气)中的条件下合成，由此生产出高性能的材料。发现如此生产的磷酸钒锂材料在生产用于电化学电池的电极方面是有用的。

附图说明

图1示出电压曲线，其证明在含氢气气氛下煅烧引起LVP的电化学行为的变化。在更高温和更长时间地暴露于氢气下发生更多变化。

图2示出循环衰减图，其证明于更高温度下在含氢气气氛下连续煅烧更长时间导致在LVP的初始容量和循环衰减方面产生逐步变差的效果。

具体实施方式

从本文下面阐明的详细描述中，本发明的具体优点和实施方式是明显的。但是，应当理解的是，尽管说明优选方式中的实施方式，详细的描述和具体的实施例只出于举例说明的目的且并非用于限制本发明的范围。

以下是本文使用的各种术语的一些定义的列表：

如本文使用的“电池”是指包括一个或多个用以产生电的电化学电池的装置。每个电化学电池包括阳极、阴极和电解液。

如本文使用的术语“阳极”和“阴极”是指在电池放电期间其上分别发生氧化和还原的电极。在电池充电期间，氧化和还原的位置是相反的。

如本文使用的术语“标称化学式”或“标称通式”是指原子种类的相对比例可以在1个百分点到5个百分点或更通常在1个百分点到3个百分点的额度上稍微变动的事实。

如本文使用的词语“优选的”和“优选地”是指在某些情况下提供某些益处的本发明的实施方式。此外，对一个或多个优选的实施方式的叙述不是意在从本发明的范围中排除其它的实施方式。

如本文使用的术语“最优化的材料”是指与在如氢气的还原性气氛的存在下生产的电活性材料相比，具有改善的性能的电活性材料，如具有更高的初始比容量或减少的循环衰减等。