[發明專利]金屬酸鹽電極

有效

• 申請號: 201380016179.3
• 申請日: 2013-03-21
• 公開（公告）號: CN104205439B
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: J·巴克;R·希普
• 申請（專利權）人: 法拉典有限公司
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;C01G45/00;C01G49/00;C01G53/00;G02F1/155;H01M10/052;H01M10/054
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司 11280
• 代理人: 郭廣迅

本發明涉及含有化學式為A_aM_bX_xO_y的活性材料的電極，其中A為選自鋰、鈉和鉀的一種或多種堿金屬；M選自一種或多種過渡金屬和/或一種或多種非過渡金屬和/或一種或多種準金屬；X包含選自鈮、銻、碲、鉭、鉍和硒的一種或多種原子；并且進一步地，其中0<a≤6；b的范圍是0<b≤4；x的范圍是0<x≤1且y的范圍是2≤y≤10。這樣的電極在例如鈉和/或鋰離子電池應用中是有用的。

發明領域

本發明涉及含有包含金屬酸鹽(metallate)基團的活性材料的電極，并且涉及這樣的電極的用途，例如在鈉離子和鋰離子電池應用中的用途。本發明還涉及某些新型材料并涉及這些材料的用途，例如作為電極材料的用途。

發明背景

鈉離子電池在很多方面類似于現今通用的鋰離子電池；它們均為可重復使用的、包括陽極(負極)、陰極(正極)和電解質材料的二次電池，二者均能夠通過在陰極化學鍵中累積能量來將電能儲存在緊湊的系統中，并且它們均通過類似的反應機理來充放電。當鈉離子電池(或鋰離子電池)充電時，Na⁺(或Li⁺)離子脫嵌并向陽極遷移。同時，電荷平衡電子從陰極經由含充電器的外電路進入電池的陽極。在放電時發生相同的過程，不過是在相反的方向上。一旦電路完整，電子就從陽極回到陰極，并且Na⁺(或Li⁺)離子回到陽極。

近年來鋰離子電池技術受到了很多關注，并且為現今使用的大多數電子裝置提供了優選的便攜式電池；然而，鋰不是一種來源便宜的金屬，并且對大規模應用中的用途而言太昂貴。相比之下，鈉離子電池技術仍然在其相對初期，但是被視為是有利的；鈉比鋰要豐富地多，研究人員預計這會為將來的、特別是用于大規模的應用，例如在電網上儲存能量，提供更廉價和更耐用的儲存能量的方式。然而，在鈉離子電池成為商業現實之前，還要做許多工作。

從現有技術中，例如在Journal of Solid State Chemistry 180(2007)1060-1067中，L.Viciu等人公開了Na₂Co₂TeO₆和Na₃Co₂SbO₆的合成、結構和基本的磁性。同樣在Dalton Trans 2012,41,572中，Elena A.Zvereva等人公開了Li₃Ni₂SbO₆的制備、晶體結構和磁性。這些文獻均沒有討論使用這樣的化合物作為鈉離子或鋰離子電池中的電極材料。

在第一個方面中，本發明的目的在于提供一種性價比高的電極，該電極含有制備簡單且易于處理和儲存的活性材料。本發明的進一步的目的在于提供一種具有高的初始充電容量并且能夠多次重復充電而沒有顯著的充電容量損失的電極。

因此，本發明提供了一種含有活性材料的電極，該活性材料的化學式為：

A_aM_bX_xO_y，

其中

A為選自鋰、鈉和鉀的一種或多種堿金屬；

M選自一種或多種過渡金屬和/或一種或多種非過渡金屬和/或一種或多種準金屬；

X包含選自鈮、銻、碲、鉭、鉍和硒的一種或多種原子；

并且進一步地，其中

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

在具有上述化學式的電極的優選實施方案中，a、b、x和y中的一個或多個為整數，即完整的數。在供選擇的實施方案中，a、b、x和y中的一個或多個為非整數，即分數。