[發明專利]摻雜的鎳酸鹽化合物

有效

• 申請號: 201380036365.3
• 申請日: 2013-07-09
• 公開（公告）號: CN104428255B
• 公開（公告）日: 2016-10-26
• 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: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00
• 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

發明領域

本發明涉及新的摻雜的鎳酸鹽化合物、它們的制備方法，涉及使用包含所述摻雜的鎳酸鹽化合物的活性材料的新的電極，并且涉及這些電極的應用，例如在儲能裝置中的應用。

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，二者均能夠儲存能量，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⁺)離子從陰極脫嵌并嵌入陽極。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。在放電期間發生相同的過程，不過是在相反的方向上。

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使用而言太昂貴。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，一些研究人員預計這會在將來提供更廉價和更耐用的儲存能量的方式，特別是對于大規模的應用，例如在電網上儲存能量。然而，在鈉離子電池成為商業現實之前，還要做許多工作。

NaNi_0.5Mn_0.5O₂是已知的鈉離子材料，其中鎳作為Ni²⁺存在，而錳作為Mn⁴⁺存在。該材料排列有位于該結構內的離散位點的Na和Ni原子。鎳離子(Ni²⁺)是有助于可逆比容量的氧化還原反應元素，而錳離子(Mn⁴⁺)起著結構穩定劑的作用。化合物NaNi_0.5Ti_0.5O₂類似于NaNi_0.5Mn_0.5O₂之處在于，Ni²⁺離子提供了活性氧化還原反應中心，和Ti⁴⁺離子是為結構穩定而存在的。有許多文獻描述了NaNi_0.5Mn_0.5O₂(和在較少程度上NaNi_0.5Ti_0.5O₂)的制備，其作為用于通過Na→Li離子交換來制備針對鋰離子應用的LiNi_0.5Mn_0.5O₂和LiNi_0.5Ti_0.5O₂的前體。制備這些Li材料的直接合成方法產生了不期望的無序材料，例如，作為共用結構位點的鋰和鎳原子的結果。

Komaba等人在Adv.Funct.Mater.2011,21,3859上報道的最新電化學研究描述了在碳酸丙烯酯電解質溶液中的硬碳和層狀NaNi_0.5Mn_0.5O₂電極的鈉嵌入性能。所獲得的結果表明，雖然NaNi_0.5Mn_0.5O₂展示出一些可逆充放電能力，但是該材料的容量在僅僅40個循環后衰減了25％或更多。

Kim,Kang等人在Adv.Energy?Mater.2011,1,33-336上也討論了歸一化成2O^2-的結構為Na_0.85Li_0.17Ni_0.21Mn_0.64O₂的層狀氧化物材料的制備，以及其在鈉陰極材料中可逆地嵌入鈉的應用。然而，如該文章所述，該材料僅展示出了適度的電化學性能。

本發明旨在提供新的化合物。另外本發明旨在提供成本有效的、含有制備簡單的活性材料的電極。本發明的另一個目的在于，提供初始比放電容量高、能夠多次重復充電而充沒有顯著的電容量損失的電極。

因此，本發明的第一個方面提供了具有下式的化合物：

A_UM¹_VM²_WM³_XM⁴_YM⁵_ZO₂

其中

A包括一種或多種堿金屬，其選自鋰、鈉和鉀；