[發明專利]制備具有氧缺陷的過渡金屬氧化物的方法

有效

• 申請號: 201710901861.0
• 申請日: 2017-09-28
• 公開（公告）號: CN107768663B
• 公開（公告）日: 2021-03-05
• 發明（設計）人: 馮緒勇;王一莎
• 申請（專利權）人: 蕪湖恒尼動力電池材料科技有限公司
• 主分類號: H01M4/48
• 分類號: H01M4/48;H01M10/0525;H01M4/36;H01M10/42
• 代理公司: 北京維知知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11503
• 代理人: 王濤

本發明涉及一種制備具有氧缺陷的過渡金屬氧化物的方法，由其制備的具有氧缺陷的過渡金屬氧化物，包含該具有氧缺陷的過渡金屬氧化物鋰離子電池的電極，以及包括該電極的鋰離子電池。所述方法包括如下步驟：a)將過渡金屬氧化物或其前驅體與改性劑充分混合得到均一的混合物；b)在惰性氣氛或者真空條件下在360℃至550℃下加熱所述混合物，得到具有氧缺陷的過渡金屬氧化物；其中，所述改性劑選自具有還原性的單質磷或其中磷價態為＜5價的低價態磷化合物。

技術領域

本發明屬于新能源材料領域，涉及一種鋰離子電池電極材料的制備方法，具體涉及一種制備具有氧缺陷的過渡金屬氧化物的方法，由其制備具有氧缺陷的過渡金屬氧化物，包含該具有氧缺陷的過渡金屬氧化物的電極，以及包括該電極的鋰離子電池。

背景技術

鋰離子電池是目前為止商品化最成功的電池之一，具有高電壓，高能量密度，低自放電率，長壽命等優點，廣泛應用于手機，筆記本電腦，正在或將要大量使用在電動汽車等領域。

隨著技術的發展，應用領域的拓展，對于鋰離子電池的性能的要求也有了很大的提高，其中對于電動車而言，功率密度是其中一個非常重要的方面，決定了車輛的速度。而電池的功率密度很大程度上是由電極材料的倍率性能決定的，具有高電導率，電子和鋰離子能夠快速遷移的電極材料才可能具有非常優異的倍率性能和非常高的功率密度。提高電子離子遷移速率的方法有很多，包括表面導電材料包覆，晶格離子摻雜等。摻雜的目的主要是制造一定的缺陷，包括鋰離子缺陷，提高鋰離子遷移速率。另外還可以造成過渡金屬離子的混合價，提高材料的電子電導率，例如在TiO₂或者Li₄Ti₅O₁₂中引入Ti³⁺離子可以大幅提高材料的電子電導率，從而使得材料的倍率性能明顯提高。

氧缺陷是氧化物材料中普遍存在的一種缺陷，尤其是在高溫下氧離子容易失去電子變成氧氣，從而導致氧缺陷的生成。氧缺陷的存在在一定程度上可以提高材料的電子電導率，如TiO_2-x，MoO_3-x的電子電導就明顯要高于TiO₂和MoO₃。制造氧缺陷可以通過離子摻雜，也可以通過化學還原的方法得到。其中化學還原普遍使用的是惰性氣氛下使用碳或者是還原性氣體還原，對于氧化性強的氧化物，例如MnO₂，MoO₃等，很容易實現高價金屬的還原。但是對于TiO₂等還原性較弱的氧化物而言，則需要較高的溫度和較強的還原性氣體才能實現Ti⁴⁺到Ti³⁺的轉變。從而導致材料制備過程中成本的增加，高溫下還容易導致顆粒的長大，不利于提高材料的倍率性能。

本發明巧妙地提出了一種新的制備具有氧缺陷的過渡金屬氧化物的方法，該方法主要利用五氧化二磷的低沸點，采用單質磷或低價態磷化合物來還原氧化物得到具有一定氧缺陷的過渡金屬氧化物材料。該方法的反應溫度較低，一般不超過500℃。這樣一方面節約了能源的損耗，另一方面可以抑制材料在高溫下的生長，得到顆粒更小的產物，同時在反應中需要的磷或磷化合物的量較少，原料成本也會更加低廉，更有利于這一制備方法的商品化。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于提供一種具有氧缺陷和更好的倍率特性的過渡金屬氧化物的電極材料。

為了解決以上技術問題，本發明提供了一種制備具有氧缺陷的過渡金屬氧化物的方法。

根據本發明的一個方面，提供了一種制備具有氧缺陷的過渡金屬氧化物的方法，包括：

a)將過渡金屬氧化物或其前驅體與改性劑充分混合得到均一的混合物；

b)在惰性氣氛或者真空條件下在360℃至550℃下加熱所述混合物，得到具有氧缺陷的過渡金屬氧化物；

其中，所述改性劑選自具有還原性的單質磷或其中磷價態為＜5價的低價態磷化合物；