[发明专利]活性阴极材料及其在可再充电电化学电池中的用途

说明书

本发明涉及通式(I)的活性阴极材料：

M_xNi_aM¹_bM²_cO₂  (I)

其中各变量各自如下所定义：

M为碱金属，

M¹为V、Cr、Mn、Fe或Co，

M²为Ge、Sn、Ti或Zr，

x为0.5-0.8，

a为0.1-0.4，

b为0.05-0.6，

c为0.05-0.6，

其中a+b+c＝1。

此外，本发明涉及一种包含所述活性阴极材料的电极材料，由所述电极材料生产或使用所述电极材料生产的电极以及包含至少一个电极的可再充电电化学电池。此外，本发明涉及一种制备所述通式(I)的活性阴极材料的方法。

蓄电池组、蓄电池或可再充电电池组仅仅是电能可以在产生之后可以储存并且在需要时使用的一些实施方案。由于显著更好的功率密度，近来人们已经由水基蓄电池组转向开发其中电池中的电荷传输由锂离子完成的电池组。

由于锂的陆地丰度比钠或钾的丰度低几个数量级，已经开始了钠离子基可再充电电化学电池的开发。

US 2010/0015256描述了钠离子蓄电池组，其中活性阴极材料例如为NaMn₂O₄、NaNiO₂、NaCoO₂、NaFeO₂、NaNi_0.5Mn_0.5O₂或NaCrO₂。

WO 2012/060295描述了一种由钠、铁、锰和氧构成的具有P2结构的复合金属氧化物，其中该复合金属氧化物为用于钠蓄电池组的活性阴极材料。

Sathiya等，Chem.Mater.2012，24，1846-1853公开了层状钠插入式阴极材料：NaNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂的合成、结构和电化学性能。

由现有技术已知的钠离子电池组及其组分，尤其是活性阴极材料，必须在下列性能中的至少一个上改进：电化学电池或电池组在室温下的可操作性、放电容量、机械稳定性、倍率、热稳定性或寿命。

该目的由通式(I)的活性阴极材料实现：

M_xNi_aM¹_bM²_cO₂  (I)

其中各变量各自如下所定义：

M为碱金属，如Li、Na、K、Rb或Cs，优选Li或Na，尤其是Na。

在本发明的一个实施方案中，通式(I)的活性阴极材料的特征在于M为Na。

M¹为V、Cr、Mn、Fe或Co，尤其是Mn。

在本发明的一个实施方案中，通式(I)的活性阴极材料的特征在于M¹为Mn。

M²为Ge、Sn、Ti或Zr，尤其是Ti。

在本发明的一个实施方案中，通式(I)的活性阴极材料的特征在于M²为Ti。

x为0.5-0.8，优选0.6-0.75，

a为0.1-0.4，优选0.25-0.35，尤其是0.32-0.34，

b为0.05-0.6，优选0.25-0.4，尤其是0.32-0.34，

c为0.05-0.6，优选0.25-0.4，尤其是0.32-0.34，

其中a+b+c＝1。

在本发明的优选实施方案中，通式(I)的活性阴极材料的特征在于2×a和b+c的数字相互相差小于10％，优选小于5％，相对于这两个值的更大值而言。

在本发明的一个实施方案中，通式(I)的活性阴极材料的特征在于M为Na，M¹为Mn，M²为Ti，a和c均为0.32-0.34且b为0.32-0.34。