[发明专利]阳极材料、金属二次电池及制备阳极材料的方法

说明书

发明背景

1.发明领域

本发明涉及利用转化反应的阳极材料，并且更具体而言，涉及改善金属二次电池的充放电效率的阳极材料。

2.相关技术描述

随着信息和通讯装置如个人电脑、摄像机以及便携式电话近来的快速流行，认为用作所述装置的电源的电池的开发很重要。在汽车工业中，用于电动车辆或混合动力车辆的高输出和高容量电池正在开发之中。在各种电池中，由于锂电池的高能量密度，因而锂电池是目前关注的焦点。

作为用于锂电池中的阳极活性材料，已知例如金属氢化物(MHx)作为转化型阳极活性材料。例如，US 2008/0286652A描述了MgH₂作为转化型阳极活性材料。当使用MgH₂作为活性材料时，发生如下电化学行为：

在充电过程中：MgH₂+2Li⁺+2e^-→Mg+2LiH(反应式1)

在放电过程中：Mg+2LiH→MgH₂+2Li⁺+2e^-(反应式2)

发明内容

MgH₂的一个问题在于转化反应的低可逆性。具体而言，发生反应式2所表示的反应的可能性比反应式1所表示的反应的可能性要低。因此，使用MgH₂的金属二次电池具有低的充放电效率。本发明提供了一种改善金属二次电池的充放电效率的阳极材料。

本发明的第一方面涉及一种用于金属二次电池中的阳极材料。所述阳极材料包含MgH₂和金属催化剂，所述金属催化剂与MgH₂接触并且改善转化反应的可逆性。

根据本发明的第一方面，向活性材料MgH₂中加入金属催化剂促进例如反应式2所表示的反应。结果，金属二次电池的充放电效率可得到改善。

在阳极材料中，金属催化剂可以为使LiH解离的催化剂或解离吸附氢的催化剂。

在阳极材料中，金属催化剂可包含过渡金属元素。这是因为，据信过渡金属元素的3d、4d和4f轨道改善转化反应的可逆性。

在阳极材料中，过渡金属元素可以为选自Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Zr、Nb、Pd、La、Ce和Pt中的至少一种元素。这是因为金属二次电池的充放电效率可如后面描述的实施例中所述得到显著改善。

在阳极材料中，金属催化剂可以由纯金属、合金或金属氧化物组成。

在阳极材料中，金属催化剂可以由纯Ni组成，并且纯Ni相对MgH₂的比例可以为6at％或更小。这是因为金属二次电池的充放电效率可被改善至与不使用金属催化剂时将获得的充放电效率相当或比不使用金属催化剂时将获得的充放电效率更高的水平。

在阳极材料中，纯Ni相对MgH₂的比例可以在1at％至5at％的范围内。或者，在阳极材料中，纯Ni相对MgH₂的比例可以在1at％至4at％的范围内。

在阳极材料中，纯Ni相对MgH₂的比例可以在2at％至4at％的范围内。这是因为金属二次电池的充放电效率可得到显著改善。

阳极材料还可以包含改善阳极材料的电子传导性的导电材料。这是因为阳极材料可以具有更好的电子传导性。

阳极材料可通过机械研磨细化。这是因为可易于实现阳极材料中所含每一种材料的粒度的细化，这可有效改善转化反应的可逆性。

在阳极材料中，金属催化剂可被负载于MgH₂上。

本发明的第二方面涉及一种金属二次电池，所述金属二次电池包含：阴极活性材料层、阳极活性材料层以及形成在阴极活性材料层和阳极活性材料层之间的电解质层。在金属二次电池中，阳极活性材料层包含上述阳极材料。

根据本发明的第二方面，前述阳极材料的使用提供了具有改善的充放电效率的金属二次电池。

本发明的第三方面涉及一种金属二次电池。所述金属二次电池包含阴极活性材料层、阳极活性材料层以及形成在阴极活性材料层和阳极活性材料层之间的电解质层，并且阳极活性材料层包含上述阳极材料。

本发明的第四方面涉及一种制备用于金属二次电池中的阳极材料的方法。所述制备方法包括使MgH₂与改善转化反应的可逆性的金属催化剂接触的接触步骤。