[发明专利]金属酸盐电极

说明书

本发明涉及含有化学式为A_aM_bX_xO_y的活性材料的电极，其中A为选自锂、钠和钾的一种或多种碱金属；M选自一种或多种过渡金属和/或一种或多种非过渡金属和/或一种或多种准金属；X包含选自铌、锑、碲、钽、铋和硒的一种或多种原子；并且进一步地，其中0<a≤6；b的范围是0<b≤4；x的范围是0<x≤1且y的范围是2≤y≤10。这样的电极在例如钠和/或锂离子电池应用中是有用的。

发明领域

本发明涉及含有包含金属酸盐(metallate)基团的活性材料的电极，并且涉及这样的电极的用途，例如在钠离子和锂离子电池应用中的用途。本发明还涉及某些新型材料并涉及这些材料的用途，例如作为电极材料的用途。

发明背景

钠离子电池在很多方面类似于现今通用的锂离子电池；它们均为可重复使用的、包括阳极(负极)、阴极(正极)和电解质材料的二次电池，二者均能够通过在阴极化学键中累积能量来将电能储存在紧凑的系统中，并且它们均通过类似的反应机理来充放电。当钠离子电池(或锂离子电池)充电时，Na⁺(或Li⁺)离子脱嵌并向阳极迁移。同时，电荷平衡电子从阴极经由含充电器的外电路进入电池的阳极。在放电时发生相同的过程，不过是在相反的方向上。一旦电路完整，电子就从阳极回到阴极，并且Na⁺(或Li⁺)离子回到阳极。

近年来锂离子电池技术受到了很多关注，并且为现今使用的大多数电子装置提供了优选的便携式电池；然而，锂不是一种来源便宜的金属，并且对大规模应用中的用途而言太昂贵。相比之下，钠离子电池技术仍然在其相对初期，但是被视为是有利的；钠比锂要丰富地多，研究人员预计这会为将来的、特别是用于大规模的应用，例如在电网上储存能量，提供更廉价和更耐用的储存能量的方式。然而，在钠离子电池成为商业现实之前，还要做许多工作。

从现有技术中，例如在Journal of Solid State Chemistry 180(2007)1060-1067中，L.Viciu等人公开了Na₂Co₂TeO₆和Na₃Co₂SbO₆的合成、结构和基本的磁性。同样在Dalton Trans 2012,41,572中，Elena A.Zvereva等人公开了Li₃Ni₂SbO₆的制备、晶体结构和磁性。这些文献均没有讨论使用这样的化合物作为钠离子或锂离子电池中的电极材料。

在第一个方面中，本发明的目的在于提供一种性价比高的电极，该电极含有制备简单且易于处理和储存的活性材料。本发明的进一步的目的在于提供一种具有高的初始充电容量并且能够多次重复充电而没有显著的充电容量损失的电极。

因此，本发明提供了一种含有活性材料的电极，该活性材料的化学式为：

A_aM_bX_xO_y，

其中

A为选自锂、钠和钾的一种或多种碱金属；

M选自一种或多种过渡金属和/或一种或多种非过渡金属和/或一种或多种准金属；

X包含选自铌、锑、碲、钽、铋和硒的一种或多种原子；

并且进一步地，其中

0<a≤6；b的范围是0<b≤4；x的范围是0<x≤1且y的范围是2≤y≤10。

在具有上述化学式的电极的优选实施方案中，a、b、x和y中的一个或多个为整数，即完整的数。在供选择的实施方案中，a、b、x和y中的一个或多个为非整数，即分数。