[发明专利]基于二磷酸钛和碳的化合物、制备方法及作为锂蓄电池的电极的活性材料的用途无效

专利信息
申请号: 200780011254.1 申请日: 2007-03-13
公开(公告)号: CN101411008A 公开(公告)日: 2009-04-15
发明(设计)人: 塞巴斯蒂恩·帕陶克斯;卡罗尔·布尔邦 申请(专利权)人: 原子能委员会
主分类号: H01M4/48 分类号: H01M4/48
代理公司: 北京市柳沈律师事务所 代理人: 宋 莉
地址: 法国*** 国省代码: 法国;FR
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摘要:
搜索关键词: 基于 二磷酸 化合物 制备 方法 作为 蓄电池 电极 活性 材料 用途
【说明书】:

技术领域

本发明涉及含有二磷酸钛和碳的化合物、这种化合物的制备方法及用途。

背景技术

锂蓄电池正趋向于替代镍-铬(Ni-Cd)或镍-金属氢化物(Ni-MH)蓄电池作为自主电源,尤其是在便携式设备中。锂蓄电池的性能,更具体地说,锂蓄电池的质量能量密度实际上高于可充电Ni-Cd和Ni-MH电池的性能。

锂蓄电池基于Li+阳离子插入电极的至少一种活性材料中和从该活性材料中脱嵌的原理。

锂蓄电池的负极可产生Li+离子或其可含有锂插入活性材料。形成负极的材料的选择使得锂蓄电池可分为两大类锂蓄电池:具有液体或固体电解质(聚合物型)的锂离子体系,和包括由金属锂制成的负极并且通常包括聚合物电解质的锂金属体系。因此,负极的活性材料可选自金属锂,锂合金,氧化锂中的锂合金、锂与过渡金属氮化物的纳米混合物或选自锂嵌入或插入材料,例如石墨形式的碳或Li4Ti5O12型的尖晶石结构的材料。

锂蓄电池的正极包括至少一种能在其结构中以可逆方式插入一定量Li+阳离子的材料,这种材料也称作锂插入材料。

自从锂蓄电池出现后,已经连续出现了几代锂插入材料,尤其是正极的活性材料。

实际上已知锂和过渡金属的氧化物,例如层状结构的氧化物(如LiCoO2和LiNiO2)以及例如尖晶石结构的氧化物(如LiMn2O4)。对于相对于金属锂的约4伏的操作电压,这些化合物的理论和实际质量容量对于LiCoO2和LiNiO2分别为275mAh/g和140mAh/g,而对于LiMn2O4分别为148mAh/g和120mAh/g。

几年前,锂插入电极材料中或从电极材料脱嵌的概念被延伸到由XOnm-型聚阴离子本体所构成的三维结构,其中X=P、S、Mo、W...

因此,为提高正极的活性材料的插入电位,已提出用具有有序橄榄石结构的材料例如LiMPO4,或具有NASICON型结构的材料例如LixMn2(PO4)3代替锂和过渡金属的氧化物,M为金属(专利US5910382)。这种类型的材料实际上的确呈现如下优点:不仅较廉价,而且在充电状态和在例如锂和过渡金属的氧化物通常使用的电解质的存在下更稳定。而且,具有有序橄榄石结构或NASICON型结构的材料是无毒的。例如,锂化磷酸铁(LiFePO4)是例如被逐渐用于形成正极的活性化合物的化合物,尤其是在开发领域例如混合动力汽车领域。对于相对于Li/Li+电对的电位的3.4伏操作电位,LiFePO4呈现出170mAh/g的理论比容量。

最近,已对基于二磷酸盐化合物中锂插入或脱嵌容量进行了一些研究。例如,在文章“Lithium Insertion/Extraction into/from LiMnX2O7compositions(M=Fe,V;X=P,As)prepared via a solution method”(Chem.Mater.2002.14,2701-2710)中,C.Wurm等评价了LiFeP2O7、LiFeAs2O7和LiVP2O7化合物作为可充电锂蓄电池中活性电极材料的潜力。通过将可溶性前体在软化水中混合然后在连续搅拌下进行缓慢蒸发直至混合物干燥而制备该化合物。该干燥混合物然后在300-800℃的温度下进行热处理。

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