[发明专利]用于可再充电镁蓄电池的氧化钒基非晶阴极材料

说明书

本发明提供了用于可再充电镁蓄电池的氧化钒基非晶阴极材料。具体地，提供了一种镁电化学电池，所述电池具有的正电极包含式[V₂O₅]_c[MgX_y]_d[M_aO_b]_e的非晶材料作为活性成分。在该式中，M为选自P、B、Si、Ge和Mo中的一种元素，并且X为O、F、Cl、Br或I。

技术领域

本发明涉及用于镁二次蓄电池的正电极活性材料以及具有基于该活性材料的阴极的镁蓄电池。

背景技术

自从1991年以来锂离子蓄电池已用于商业中并且通常用作便携式电子设备的电源。与锂离子蓄电池(LIB)的结构和组成相关的技术是研究和改进的主题，并且已成熟到一定的程度：据报道现有技术的LIB蓄电池具有最高达700Wh/L的能量密度。然而，并不认为甚至最先进的LIB技术作为能够满足未来商用电动车辆(EV)的要求的电源是可行的。例如，对于300英里范围的EV，为了具有相当于目前常规内燃机车辆的动力传动系，需要具有约2000Wh/L的能量密度的EV蓄电池组。由于这个能量密度接近于锂离子活性材料的理论极限，可以提供更高的能量密度的蓄电池体系的技术正在研究中。

作为多价离子的镁对于锂是有吸引力的替代电极材料，其可以潜在地提供非常高的体积能量密度。它具有相对于RHE的-2.375V的极负性的标准电位、12.15g/eq的低当量和649℃的高熔点。与锂相比，它易于处理、加工和处置。由于其更大的相对丰度，作为原料它在成本上比锂低，并且镁化合物通常比锂化合物具有更低的毒性。所有这些性质与镁相比于锂对空气和湿度的降低的敏感性结合起来使得镁成为作为阳极材料的锂的有吸引力的替代物。

制备具有基于镁的阳极的蓄电池需要能够可逆地吸附和脱附镁离子的阴极和将有效地传输镁离子的电解质体系。在这些领域的每一个中的显著努力在世界各地的许多研究机构中正在进行，并且正在研究的活性材料包括各种形式的硫，包括单质硫，式为Mg_xMo₆T_n的称为Chevrel化合物的材料(其中x是从0到4的数字，T是硫、硒或碲，n是8)和各种金属氧化物，例如MnO₂(由钾稳定的α-二氧化锰)、V₂O₅和锰、钛或钒的由离子稳定的氧化物或碱硬锰矿(hollandiate)。

在这点上，V₂O₅对于Mg镁蓄电池阴极是一个非常有希望的候选者，因为它有在V⁵⁺/V⁴⁺/V³⁺和V金属之间多个氧化还原反应的能力。并且，V⁵⁺作为高价态是相当稳定的，这意味着容易增加工作电压。各研究组已经报道了涉及使用V₂O₅作为正电极活性材料的成果。

Sakurai等人(U.S.4,675,260)描述了通过添加选自P₂O₅、TeO₂、GeO₂、Sb₂O₃、Bi₂O₃和B₂O₃中的至少一种第一添加剂和/或选自MoO₃和WO₃中的至少一种第二添加剂制备的非晶V₂O₅。制备这些组分的熔融混合物然后进行淬火。在一个优选的实施方案中，该淬火是由通过双辊淬火设备来完成。使用该非晶V₂O₅作为用于锂蓄电池的活性阴极材料。描述了阴极结构以及锂蓄电池结构和性能。