[发明专利]化合物及其在制备电化学电池中的用途

说明书

本发明涉及通式(I)的化合物：

A_aM_bP_cO_d    (I)，

其中变量各自定义如下：

M为至少一种选自Co、Ni、Mn、Fe和Cr的过渡金属，

A为Li或Li_xNa_1-x，其中x为0.2-1.0，

a为3.5-4.5，

b为0.8-1.2，

c为1.8-2.2，

d为7.2-8.8。

本发明进一步涉及包含至少一种本发明电极材料的电极。本发明还涉及包含至少一种本发明电极的电化学电池。

具有高的储存容量以及最大工作电压的电化学电池日益重要。所需容量通常不能由基于含水体系工作的电化学电池获得。

在锂离子电池组中，电荷输送不仅通过或多或少呈水合形式的质子，而且通过在非含水溶剂或在非含水溶剂体系中的锂离子得以确保。电极材料承担特定作用。

文献中已知的许多电极材料为锂和一种或多种过渡金属的混合氧化物；例如参见US 2003/0087154。在电池的充电状态下，这类材料往往降解并与电解质体系反应，以至于最大充电电压在许多情况下是受限的。该限制对电池的可达到的能量密度具有不利影响。高的电池能量密度通常是有利的，特别是对于移动用途而言。

其它公知的电极材料为具有橄榄石结构的通式LiMetPO₄(Met=Fe、Mn、Ni、Co)的锂金属磷酸盐；例如参见EP 0 904 607。然而，这种锂金属磷酸盐具有低能量密度。

因此，发现了开头定义的化合物，在本发明内容中，其也称为本发明化合物或通式(I)的本发明化合物。

在通式(I)的本发明化合物中：

A_aM_bP_cO_d    (I)，

变数各自定义如下：

M为至少一种选自Co、Ni、Mn、Fe和Cr的过渡金属，优选Co，

A选自Li和Li_xNa_1-x，其中x为0.2-1.0，优选0.2-0.99，

a为3.5-4.5，优选3.6-4.1，更优选4，

b为0.8-1.2，优选0.9-1.1，更优选1.0，

c为1.8-2.2，优选1.9-2.1，更优选2.0，

d为7.2-8.8，优选7.6-8.2，更优选8.0。

在本发明的一个优选实施方案中，d为c的4倍大。

在本发明的一个实施方案中，变量a-d各自选择如下：a=4，b=1，c=2，d=8。

M可在至多20摩尔%的程度上，优选在至多10摩尔%程度上被Zn替换。在本发明的一个实施方案中，M选自Co_yZn_1-y，其中y为0.75-1.0，例如0.75-0.99。

在本发明的一个实施方案中，P在至多10摩尔%程度上被B、Si或As，优选Si或B替换。

在本发明的一个实施方案中，M的形式氧化态为+2。

在其中P被Si替换的情况下，M的平均氧化态可大于+2。

本发明化合物一般无法以橄榄石结构结晶。

通式(I)的本发明化合物可以不同多晶型物存在。特定晶格的结构可通过本身已知的方法，如X射线衍射法或电子衍射法测定。

在本发明的一个实施方案中，通式(I)的本发明化合物呈无定形粉末的形式。在本发明的另一实施方案中，通式(I)的本发明化合物呈晶体粉末的形式。

在本发明的一个实施方案中，通式(I)的本发明化合物呈平均直径(数均)为10nm-200μm，优选20nm-30μm(通过对电子显微镜照片的评价而测量)的颗粒的形式。

本发明化合物具有高能量密度且特别适用于发明复合物的制备及本发明电极的制备。

在本发明的一个实施方案中，通式(I)的本发明化合物以与导电性碳质材料(B)的复合物存在于本发明电极中。在本发明电极中，通式(I)化合物例如可用导电性碳质材料处理，如涂覆。这类复合物同样形成本发明部分主题。

导电性碳质材料例如可选自石墨、碳黑、碳纳米管、石墨烯或至少两种上述物质的混合物。就本发明而言，导电性碳质材料也可简称为导电性碳质材料(B)或碳(B)。