[发明专利]制备具有氧缺陷的过渡金属氧化物的方法

说明书

本发明涉及一种制备具有氧缺陷的过渡金属氧化物的方法，由其制备的具有氧缺陷的过渡金属氧化物，包含该具有氧缺陷的过渡金属氧化物锂离子电池的电极，以及包括该电极的锂离子电池。所述方法包括如下步骤：a)将过渡金属氧化物或其前驱体与改性剂充分混合得到均一的混合物；b)在惰性气氛或者真空条件下在360℃至550℃下加热所述混合物，得到具有氧缺陷的过渡金属氧化物；其中，所述改性剂选自具有还原性的单质磷或其中磷价态为＜5价的低价态磷化合物。

技术领域

本发明属于新能源材料领域，涉及一种锂离子电池电极材料的制备方法，具体涉及一种制备具有氧缺陷的过渡金属氧化物的方法，由其制备具有氧缺陷的过渡金属氧化物，包含该具有氧缺陷的过渡金属氧化物的电极，以及包括该电极的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池是目前为止商品化最成功的电池之一，具有高电压，高能量密度，低自放电率，长寿命等优点，广泛应用于手机，笔记本电脑，正在或将要大量使用在电动汽车等领域。

随着技术的发展，应用领域的拓展，对于锂离子电池的性能的要求也有了很大的提高，其中对于电动车而言，功率密度是其中一个非常重要的方面，决定了车辆的速度。而电池的功率密度很大程度上是由电极材料的倍率性能决定的，具有高电导率，电子和锂离子能够快速迁移的电极材料才可能具有非常优异的倍率性能和非常高的功率密度。提高电子离子迁移速率的方法有很多，包括表面导电材料包覆，晶格离子掺杂等。掺杂的目的主要是制造一定的缺陷，包括锂离子缺陷，提高锂离子迁移速率。另外还可以造成过渡金属离子的混合价，提高材料的电子电导率，例如在TiO₂或者Li₄Ti₅O₁₂中引入Ti³⁺离子可以大幅提高材料的电子电导率，从而使得材料的倍率性能明显提高。

氧缺陷是氧化物材料中普遍存在的一种缺陷，尤其是在高温下氧离子容易失去电子变成氧气，从而导致氧缺陷的生成。氧缺陷的存在在一定程度上可以提高材料的电子电导率，如TiO_2-x，MoO_3-x的电子电导就明显要高于TiO₂和MoO₃。制造氧缺陷可以通过离子掺杂，也可以通过化学还原的方法得到。其中化学还原普遍使用的是惰性气氛下使用碳或者是还原性气体还原，对于氧化性强的氧化物，例如MnO₂，MoO₃等，很容易实现高价金属的还原。但是对于TiO₂等还原性较弱的氧化物而言，则需要较高的温度和较强的还原性气体才能实现Ti⁴⁺到Ti³⁺的转变。从而导致材料制备过程中成本的增加，高温下还容易导致颗粒的长大，不利于提高材料的倍率性能。

本发明巧妙地提出了一种新的制备具有氧缺陷的过渡金属氧化物的方法，该方法主要利用五氧化二磷的低沸点，采用单质磷或低价态磷化合物来还原氧化物得到具有一定氧缺陷的过渡金属氧化物材料。该方法的反应温度较低，一般不超过500℃。这样一方面节约了能源的损耗，另一方面可以抑制材料在高温下的生长，得到颗粒更小的产物，同时在反应中需要的磷或磷化合物的量较少，原料成本也会更加低廉，更有利于这一制备方法的商品化。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种具有氧缺陷和更好的倍率特性的过渡金属氧化物的电极材料。

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种制备具有氧缺陷的过渡金属氧化物的方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种制备具有氧缺陷的过渡金属氧化物的方法，包括：

a)将过渡金属氧化物或其前驱体与改性剂充分混合得到均一的混合物；

b)在惰性气氛或者真空条件下在360℃至550℃下加热所述混合物，得到具有氧缺陷的过渡金属氧化物；

其中，所述改性剂选自具有还原性的单质磷或其中磷价态为＜5价的低价态磷化合物；