掺杂的镍酸盐化合物的制作方法_2

文档序号:8386094阅读:来源:国知局
x、y、z和cW保持电中性。
[0081] 在本发明的高度优选的活性材料中,(v+w)<0.8,尤其是当M2=Mn和/或Ti时。
[0082] 本发明的有利的电极含有一种或多种活性材料,其包括:
[0083] Ni〇. 25了1〇.ssMgo.25MII0. 25〇1. 75;
[0084] Nig33M1I033^80.167Ti〇.i67〇i.83?
[0085] Ni〇.33M%33C1I0.le/Tio.i67〇i. 833;
[OOM] Ni〇.ggMn。.ggZn。.leyTi。.i67〇i. 833;
[0087] Ni〇.ggMriQ.leyTio.i67〇i. 833;
[0088] Ni〇.asMOq.4sMgQ.osTIq.Q5〇i. 95;
[0089] Ni〇.35M% 3sMg〇.isTi〇.i5〇i. 85;
[0090] Ni〇 3Mn〇gMgoJio2〇i.8;
[OOW]化〇.aMuq.4Mg〇.iTi〇.i〇i.g;
[0092] NiQ.4MnQ.4MgQ.Q5TiQ.Q5AlQ.1OLg;
[0093]Ni〇.35M% 3sMg〇.〇sTi〇.05AI0.2〇i. 85;
[0094] Ni〇.33M% 33Mg〇.iiTi〇.iiAl〇.ii〇i. 83;
[0095]Ni〇.3M%gMgo.〇sTi〇.05AI0.化8;
[0096] Ni。.3日Mn。.3日Mg。.iTi。.lAl。.i〇i.85;
[0097]Ni〇.gMOg.gMgo.iTi〇.iAIq.2〇i.8;
[009引 Ni0. 33Mn0.ssAIq. 330i. 83;
[OOW]化。.4Mg〇. iMn〇. 5〇i. g;
[0100]Ni〇.3sMgQ.15M%5〇i.85;
[01 01 ]Ni〇^SSsMgo.I67MII0.5〇i. 833;
[0102]Ni〇gMgo2Mn〇5〇i8;
[010 引Ni0.4Mg0.iMn0.50i.9;
[0104] Ni〇3日Mg〇.1日Mn〇 日〇18日;
[0105] Ni〇.3Mg〇.2Mn〇.5〇i.8;
[0106] Na〇sNIq2日Ti〇2日Mg〇.2日Mn〇.2日〇i. 8日;
[0107] Na〇.sNio. 333Mn〇. 333Mg〇.1目yTio.1目 7〇i.目 33;
[0108] Na〇.sNio. 333Mn〇. 333如〇.leyTio.i67〇i. 933;
[0109] Na〇.sNio.333Mn〇. 333Zn〇.1目yTio.1目7〇i.目 33;
[0110] Na〇.sNi。. 333Mn〇. 333〔过〇.1目yTi。.1目 7〇i.目 33;
[0111] Na。.Q日Ni。.4日Mn。.4日Mg。.Q日Ti。.Q日〇i.目7日;
[011 引Na0sNi。3日Mn03日Mg。1日Ti。1日01目日;
[0113] Na〇sNio.sMn。sMgo.sTio.2〇i.目;
[0114] Na〇iNi〇aMOq4Mg〇iTi〇i〇i目日;
[0115] Na〇iNi。aMOq4Mg〇Q日Ti。Q日AIqi〇i目日;
[0116] Na。sNi。3日Mn。3日Mg。Q日Ti。Q日AIq2〇i目日;
[0117] Na〇.sNio.333Mn〇. 333Mg〇.iiiTi〇.iiiAl〇.ii〇i.目 33;
[0118] Na〇sNi。sMn。gMgoosTi。osAIq化目;
[0119] Na。3日Mn。3日Mg。iTi。iAIqi〇i目日;
[0120] Na〇sNi。sMn。gMgoiTi〇iAl〇2〇i目;
[01 21 ] Na〇.sNIq. 333Mn〇. 333A1q.333〇i.目33;
[0122] Na〇iNi〇4Mg〇iMn〇 日〇i目日;
[0123] Na。^Ni。3日Mg。1日Mn。日〇i目日;
[0124] Na〇sNi。333Mg〇1目yMn。日〇i目33;
[012日]Na〇.2叫.sMgQ.舞〇.5〇i.目;
[0126] Na〇iNi〇4Mg〇iMn〇 日〇1目日;
[0127] Na〇 3日Mg〇1日Mn〇 日〇1目日;和
[0128] Na〇sNio3M咨0.sMn。5〇i. 9,
[0129] 其中Ni。ssMn。33MQ1目yTi。1目7〇1833和NaQ^Ni。ssMn。33MQ1目yTi。1目7〇1目33疋取令人細危、的 材料。
[0130] 可臥使用任意已知方法制备用于本发明的电极中的活性材料。然而,特别方便的 方法涉及实现来自一种或多种式2的活性阴极材料的Na^O的净损失,其中式2定义为:
[01 31 ]A,a,Ml'V,m2'W,m3'X,M4'y,M5'Z,〇2 (式 2)
[0132] 其中
[0133] A>包括钢或其中钢为主要成分的溜合碱金属;
[0134] Ml'为2+氧化态的镶,
[01巧]M2'包括4+氧化态的金属,
[0136] M3'包括2+氧化态的金属,
[0137] M4'包括4+氧化态的金属,和
[0138] M5'包括3+氧化态的金属,
[0139] 1 如,<2 ;
[0140] 0<v'<0. 5;
[01川 0<w,《0. 5;
[0142] 0《x'<0. 5;
[0143] 0《y'<0. 5;
[0144] z' > 0 ;
[0145] 并且其中选择v'、w'、x'、y'和z'全部W保持电中性。
[0146] 一种高度有效率的制备式1的组合物的方法,该方法包括;
[0147] 将含有一种或多种式2的活性阴极材料的电化学电池充电至超过如通过Ni27Ni4+ 氧化还原电对测定的常规理论比容量;其中式2定义为:
[0148] A'a'Mi'v'M2'w,M3'x'M4'y,M5'z'〇2 (式。
[0149] 其中
[0150] A'包括钢或其中钢为主要成分的混合碱金属;
[0151] Ml'为化氧化态的镶,
[0152] M2'包括4+氧化态的金属,
[0153] M3'包括化氧化态的金属,
[0154] M4'包括4+氧化态的金属,和
[0巧5] M5'包括3+氧化态的金属,
[0巧6] 1《a' <2 ;
[0巧7] 0<v'<0. 5;
[0巧8] 0<w'《0. 5;
[0巧9] 0《x'<0. 5;
[0160] 0《y'<0. 5;
[0161] z' >0;
[0162] 并且其中选择v'、w'、x'、y'和z'全部W保持电中性。
[0163] 式2的化合物公开于申请人的专利申请GB1212263. 6、GB1212268. 5和 GB1212261. 0中,将所述文件引入本文作为参考。
[0164] 过度充电的过程设及将含有一种或多种活性阴极材料的电化学电池充电至大于 180mAh/g的比容量。通常地,该意味着将化离子电池充电至至少4. 2V。优选地,过度充电 过程是在活性材料上进行的第一次充电,但是可能的是,首先将活性材料充电至其"正常" 比容量,接下来是将材料过度充电的过程。
[0165] 将式2的渗杂的镶酸钢化合物充电直至它们的理论容量导致Ni"氧化为Ni4+W及 一部分钢离子从晶格中去除。相比之下,将该样的化合物充电至其常规理论容量之上,即, 使它们"过度充电",产生了式1的材料,其中:
[0166] Ml为4+氧化态的镶,
[0167] M2包括4+氧化态的金属,
[0168] M4包括4+氧化态的金属,
[0169] 0《a< 1,优选地0《a<0. 5和
[0170]C〉0.1,优选地0.Kc《0. 5。
[0171] 当式2的材料"过度充电"时所观察到的提高的充电容量(或异常充电容量)是 由于在过度充电发生时出现的若干变化。广义上讲,该是仅使用Ni2+到Ni4+的氧化的常规 (或"正常")充电过程与专口在更高的电压下发生的其他结构变化的组合,所述其他结构 变化例如高于预期(由常规理论预期)数量的钢离子的去除并且还有不可逆的氧的部分损 失从而产生含化_。的活性材料。
[0172] 因此,本发明提供了提高用于化离子电池中的含氧化物的阴极组合物的比充电 容量的方法,该方法包括:
[0173] 对电化学电池中的含氧化物的阴极组合物充电,W引起来自含氧化物的阴极组合 物的氧损失,从而形成乏氧的含氧化物的阴极组合物。
[0174] 此外,本发明提供了乏氧的含氧化物的阴极组合物,例如使用上述方法制备的乏 氧的含氧化物的阴极组合物。
[017引有利地,本发明提供了一种电极,该电极包含乏氧的含氧化物的阴极组合物,例如 使用上述方法制备的。
[0176] 当含氧化物的活性阴极组合物包括层状结构时,在过度充电过程期间,氧从活性 阴极组合物中损失的机制最有效地起作用。已知层状的a,m〇2材料采取若干非常类似的结 构类型,其中最熟知的W被Delmas等人化ysicaB+C,91,(1980),81分类为"03、P2和P3"。 该些符号描述了层的堆叠;字母是指氧离子配位至碱性离子的方式,其中字母0表示八面 体配位且字母P表示棱柱配位。数字是指晶胞中含有的M02层的数量。在用于本发明的电 极中的未充电的活性阴极材料的情况下,优选的是,它们采用层状a-NaFe〇2型结构(空间 群R-3m,166号),其具有03晶体结构。在充电后,认为该些材料采用03、P2或P3或该些 晶体结构的变型,但是也有可能的是,可W采用其他晶体结构。
[0177] 申请人注意到,当层状活性阴极材料,例如式2的层状活性阴极材料在化离子电 池中过度充电时,它们经历结构改变,使晶胞体积既与充电前的原始的前体材料如式2的 材料相比也与已经充电至其例如基于Ni"至N
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