[發明專利]硫酸鹽電極

有效

• 申請號: 201380011575.7
• 申請日: 2013-01-30
• 公開（公告）號: CN104205438B
• 公開（公告）日: 2017-03-22
• 發明（設計）人: J·巴克
• 申請（專利權）人: 法拉典有限公司
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M10/0525
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司11280
• 代理人: 王勇,王博

技術領域

本發明涉及包含包括硫酸基團的活性材料的電極，以及涉及這種電極例如在鈉離子電池應用中的使用。本發明還涉及特定新穎材料以及涉及例如電極材料的這些材料的使用。

背景技術

鈉離子電池在許多方面與當今通用的鋰離子電池是類似的，它們都是可重復使用的二次電池，其包括陽極(負電極)、陰極(正電極)和電解質材料，它們都能夠通過將能量累積在陰極的化學鍵中來將電力存儲在緊湊系統中，并且它們都經由類似的反應機制來充電和放電。當鈉離子(或鋰離子電池)在充電時，Na⁺(或Li⁺)離子從陰極脫嵌并且朝向陽極遷移。同時，電荷平衡的電子從陰極穿過包含充電器的外部電路并進入電池的陽極。在放電期間，相同的過程發生，但以相反的方向進行。

鋰離子電池技術在近年來引起了許多關注并針對當今使用的大多數電子裝置提供了優選的便攜式電池；然而，對于來源來說，鋰不是廉價的金屬，并且對于大規模應用來說太貴。相比之下，鈉離子電池技術仍處于其相對的初期，但被看作是有益的；鈉的儲量比鋰要豐富得多，并且研究者預測這將為未來提供更廉價且更持久的能量存儲方式，特別是對于諸如將能量存儲在電網上的大規模應用。然而，在鈉離子電池被商業實現之前還需要進行許多工作。

根據現有技術，已知的是，例如根據專利申請WO2011078197，制備包含電極活性材料的鈉離子電池，電極活性材料包括過渡金屬磷酸鈉的混合物和復合金屬氧化物的粉末。類似地，EP2239805公開了包括混合有鈉的過渡金屬氧化物的電極，以及US?6872492教導了包括電極活性材料的鈉離子電池，電極活性材料包括A_aM_b(XY₄)_cZ_d，其中A是鈉，M是包括能夠進行氧化至更高的價態的一種金屬的一種或多種金屬，XY₄是磷酸鹽或類似的基團，以及z是OH或鹵素。另外的現有技術包括EP0743692，其教導了以下分子式的正電極材料：Li_xFe₂(SO₄)₃，其中，0<x<2，以及還包括US5908716，其公開了以下分子式的化合物：A_xM_y(SO₄)_z，并具體公開了化合物，其中x＝3并且z＝3，以及其中x＝1并且z＝2。

發明內容

在第一方面，本發明的目標是提供一種包含活性材料的有成本效益的電極，其制造簡單并且容易處理和存儲。本發明的另一目標是提供一種電極，其具有高的初始電荷容量并且能夠在充電容量不顯著損失的情況下被再充電多次。

因此，本發明提供一種包含活性材料的電極，該活性材料的分子式為：

A_aM_b(SO₄)_cX_x

其中，A是單一或混合堿金屬相，其包括以下中的一種或多種：鈉、鉀、混合有鈉的鋰、混合有鉀的鋰、以及混合有鈉和鉀的鋰；

M選自一種或多種過渡金屬和/或非過渡金屬和/或類金屬；

X是包括選自鹵素和OH的一個或多個原子的部分；以及進一步地其中

1<a<3；b處于范圍:0<b≤2；c處于范圍:2≤c≤3；以及x處于范圍0≤x≤1。

在以上分子式的一個實施例中，a、b、c和x中的一個或多個是整數，即自然數。其中a＝2的實施例是優選的。在可替換實施例中，a、b、c和x中的一個或多個是非整數，即分數。

在另一優選實施例中，本發明涉及一種包含活性材料的電極，該活性材料的分子式為：

A_aM_b(SO₄)_cX_x

其中

A選自堿金屬中的一種或多種；

M選自一種或多種過渡金屬和/或非過渡金屬和/或類金屬；

X是包括選自鹵素和OH的一個或多個原子的部分，以及進一步地其中

a＝2；b＝1或2；c＝2或3以及x＝0或1。