[发明专利]制备用于二次电化学电池的活性材料的方法

说明书

技术领域

[0001]本发明涉及纳米晶体VPO₄前体的新型制备方法，并且在另一个实施方式中涉及无定形V-P-O/C前体(或V-P-O-碳复合材料/前体)的制备方法。本发明还涉及该VPO₄前体或V-P-O/C前体在磷酸钒化合物制备方法中的应用。此磷酸钒制备方法的优点在于，与已知的磷酸钒的制备方法相比，该方法的反应速度更快，使用的温度更低，由此前体产生的产物更纯，所制备的磷酸钒化合物为电活性物质，可用于制备电化学电池。

背景技术

[0002]电池组由一个或多个电化学电池(cells或batteries)组成，其中每个电池通常包括正极、负极和用于促进离子电荷载体在负极和正极之间运动的电解质或其它物质。当电池充电时，阳离子从正极向电解质迁移，同时从电解质向负极迁移。在放电期间，阳离子从负极向电解质迁移，并同时从电解质向正极迁移。

[0003]通过举例，一般来说，锂离子电池由包含电化学活性(电活性)材料的一个或多个锂离子电化学电池制得。此电池通常至少包括负极、正极和用于促进离子电荷载体在负极和正极之间运动的电解质。当电池充电时，锂离子从正极向电解质迁移，同时从电解质向负极迁移。在放电期间，锂离子从负极向电解质迁移，并同时从电解质返回正极。由此通过每一个充电/放电循环，锂离子在电极之间迁移。锂离子电池被称为可充电锂离子电池或摇椅式电池。

[0004]这种电池的电极通常包括具有晶格结构或构架的电活性材料，电活性材料的离子(例如锂离子)可以从所述晶格结构或构架中脱出并随后再嵌入其中，和/或电活性材料的离子(例如锂离子)可以被嵌入或插入所述晶格结构或构架并随后从中脱出。最近已经开发出具有晶格结构的一类过渡金属磷酸盐和混合金属磷酸盐。这些过渡金属磷酸盐为嵌入类(insertion based)化合物，并在锂离子电池的设计中具有很大的灵活性。

[0005]此类材料在U.S.6,528,033B1(Barker等人)中有记载。文中所述的化合物以通式Li_aMI_bMII_c(PO₄)_d表示，其中MI和MII可以相同或不同。MI为选自由Fe、Co、Ni、Mn、Cu、V、Sn、Cr及其混合物组成的组中的金属。任选存在MII，但当存在MII时，MII为选自由Mg、Ca、Zn、Sr、Pb、Cd、Sn、Ba、Be及其混合物组成的组中的金属。此类化合物的更具体实例包括其中MI为钒的化合物，更具体包括Li₃V₂(PO₄)₃。U.S.6,645,452B1(Barker等人)还公开了诸如LiVPO₄F和LiV_0.9Al_o.1PO₄F的电活性磷酸钒。

[0006]虽然发现这些化合物可作为电化学活性材料使用，但这些材料的生产并不都很经济。因此，开发出能够以更低的温度和更快的反应动力制备此类插入材料的方法是非常有益的。本发明的发明人现已发现新型VPO₄前体和新型V-P-O/C前体的制备方法，以及利用此前体生产磷酸钒化合物的更经济且更高效的方法。

发明概述

[0007]本发明提供了“优化的”VPO₄相或V-P-O/C前体的制备。所述VPO₄前体为无定形或纳米晶体粉末。所述V-P-O/C前体本身为无定形的且包含精细分离(divided)和分散的碳。通过说明书可以理解，VPO₄前体和V-P-O/C前体可以互换使用，以产生最终的磷酸钒，其中V-P-O/C前体材料是优选的前体。所述前体可以随后用于制备基于钒的电活性材料，与其它已知的磷酸钒化合物制备方法相比，使用此前体材料具有明显优势。

附图说明

[0008]图1为本发明的非水电解质圆柱状电化学电池的结构的示意性剖面图。

[0009]图2为根据实施例1在700℃下持续4小时制备的无定形V-P-O/C样品的代表性X射线图谱。

[0010]图3为根据实施例2制备的产物LiVPO₄F的一个样品的X射线粉末图谱。

[0011]图4为由实施例2制备的LiVPO₄F的优化样品通过Rietveld分析获得的实验值、偏差值和计算值曲线。