[发明专利]纳米级离子贮存材料

说明书

相关申请

[0001]本申请是2006年4月3日提交的题为Nanoscale Ion Storage Materials的美国专利申请No.11/396,515的部分继续且依 据35U.S.C.§120要求其优先权，该美国专利申请No.11/396,515 要求于2005年8月8日提交的美国临时专利申请No.60/706,273和 2005年12月2日提交的美国临时专利申请No.60/741,606的优先权 权益，通过引用将这些专利申请的内容整体并入本文。

背景技术

技术领域

[0002]本领域包括离子贮存材料，并且特别是用于例如蓄电池的 装置中的纳米级离子贮存材料。

相关技术概述

[0003]离子贮存材料广泛应用于蓄电池及其它电化学装置。包括 碱过渡金属磷酸盐的多种离子贮存材料是已知的。这类化合物典型地 具有约3g/cm³-5g/cm³的晶体比重值，并且可以按许多结构类型结晶。 例子包括橄榄石(A_xMXO₄)、NASICON(A_x(M’，M”)₂(XO₄)₃)、VOPO₄、LiVPO₄F、 LiFe(P₂O₇)或Fe₄(P₂O₇)₃结构类型的有序或部分无序结构，其中A为碱 离子，且M、M’和M”为金属。许多这样的化合物具有比电化学应用 的理想值低的相对低的电子传导率和碱离子传导率。许多这样的化合 物还表现出有限的固溶范围。例如，科技文献中广泛报道的LiFePO₄在室温下具有极其有限的固溶范围。

[0004]文献中报道了“纳米晶体”离子贮存材料。例如，Prosini 等在“A New Synthetic Route for Preparing LiFePO₄ with Enhanced Electrochemical Performance，”J.Electrochem.Soc.，149：A886- A890(2002)中描述了作为纳米晶体的比表面积为8.95m²/g的LiFePO₄。 然而，这些材料虽然略有改进，但不具有足够小的尺度以提供与它们 的较大尺度的对应物常规离子贮存材料相比显著不同的性能(例如， 在超过5C的高倍率下接近理论的容量)。

概述

[0005]提供了纳米级离子贮存材料，这些材料表现出与它们的较 大尺寸的对应物显著不同的独特性能。例如，公开的纳米级材料可表 现出提高的电子传导率、改善的电机械稳定性、提高的插层率和扩展 的固溶范围。

[0006]在一个方面，提供了用作离子贮存材料的锂过渡金属磷酸 盐材料，该材料包括至少两个共存相，包括富锂过渡金属磷酸盐相和 贫锂过渡金属磷酸盐相，其中该两相之间的摩尔体积百分比差异小于 约6.5％。

[0007]在一个或多个实施方案中，锂过渡金属磷酸盐材料的两相 之间的摩尔体积百分比差异小于约6.40％、或小于约6.25％、或小于约 5.75％、或小于约5.5％。

[0008]在一个或多个实施方案中，锂过渡金属磷酸盐材料的所述 至少两个存在相是晶态并且由具有各主轴的晶格参数的晶胞所限定， 并且其中所述晶胞的至少两个主轴的晶格参数的差异小于3％。

[0009]在一个或多个实施方案中，晶胞所有主轴的晶格参数的差 异小于4.7％，或晶胞所有主轴的晶格参数的差异小于4.5％，或晶胞所 有主轴的晶格参数的差异小于4.0％，或晶胞所有主轴的晶格参数的差 异小于3.5％。

[0010]在一个或多个实施方案中，锂过渡金属磷酸盐材料的任两 个主轴的晶格参数最小乘积的差异小于1.6％，或任两个主轴的晶格参 数最小乘积的差异小于1.55％，或任两个主轴的晶格参数最小乘积的 差异小于1.5％，或任两个主轴的晶格参数最小乘积的差异小于1.35％， 或任两个主轴的晶格参数最小乘积的差异小于1.2％，或任两个主轴的 晶格参数最小乘积的差异小于1.0％。