[发明专利]具有通过热解沉积的碳的碱金属含氧阴离子电极材料及其制造方法

说明书

描述种包含颗粒的碱金属含氧阴离子阴极材料，其中该颗粒在该颗粒表面的至少一部分上带有通过热解沉积的碳。该颗粒具有通式A:M:M':XO₄，其中M的平均化合价是+2或更高；A是选自Li、Na和K中的至少一种碱金属；M是至少Fe和/或Mn；和M'是化合价为2+或更高的金属。

交叉参考的相关申请

本申请在此要求于2013年3月15日提交的临时专利申请序列号61/787,490的权益，其公开内容在此以其整体引入作为参考。

发明背景

发明领域

本发明涉及电极材料领域，和更具体地，涉及具有通过热解沉积的碳的碱金属含氧阴离子电极材料，以及涉及其制造方法。

相关领域描述

锂离子电池的正电极通常包含电化学活性阴极材料、粘合剂和碳颗粒(其充当导电添加剂)。在电池循环过程中，已经观察到这种正电极通常表现出电极电阻的有害增加。已经提出，随着循环数目的增加，阴极材料表现出晶胞体积膨胀/收缩变化，这归因于碱性阳离子在阴极材料中的插入/脱出。据信这些变化引起了与阴极材料接触的导电网络损失和/或阴极材料颗粒的破裂。结果，电池的电容降低和电池因此具有较短的寿命期。

WO2009/096255描述了通式Li_yK_aFe_1-xX_xPO₄的阴极材料，其具有降低的晶胞体积变化，其中X表示选自第2-13族元素的至少一种元素；0<a≤0.25和0≤x≤0.25；和y是(1-a)。Li位置部分地被至少K替代，以防止由于Li解吸引起的体积变化的发生。晶胞体积变化百分比是4％或更小。

WO2010/134579描述了通式LiFe_1-xM_xP_1-ySi_yO₄的碱金属磷硅酸盐阴极材料，其中Fe的平均化合价是+2或更高；M是化合价为+2或更高的元素，并且是选自Zr、Sn、Y和Al中的至少一种；M的化合价和Fe的平均化合价不同；0<x≤0.5；和y＝x*({M的化学价}-2)+(1-x)*({Fe的平均化合价}-2)。

JP2011/077030描述了一种通式Li_(1-a)A_aFe_(1-x-b)M_(x-c)P_(1-y)Si_yO₄的碱金属磷硅酸盐材料，其中A是选自Na、K、Fe和M中的至少一种。Fe的平均化合价是+2或更高，M是化合价为+2或更高的元素，并且是选自Zr、Sn、Y和Al中的至少一种，M的平均化合价和Fe的平均化合价彼此不同，和其中0<a≤0.125，0<x≤0.5和0<y≤0.5。晶胞体积变化是5％或更低。

WO2012/061934描述了包含颗粒的碱金属磷硅酸盐阴极材料，其在它们的表面的至少一部分上带有通过热解沉积的碳，其中该颗粒具有通式AM_1-xM'_xP_1-ySi_yO₄，其中M的平均化合价是+2或更高；M是Fe和/或Mn；和A是选自Li、Na和K中的至少一种碱金属。任选地，Fe和/或Mn用至多15原子％的一种或多种处于氧化水平为+1到+5的金属替代。M'是化合价为2+或更高的金属。x、y和z定义如下：0<x≤0.25；和y＝x*({M'的化合价}-2)+(1-x)*({M的平均化合价}-2)。WO2012/061934还描述了制造这种材料的两步方法。该方法包括，首先碳沉积的碱金属磷硅酸盐阴极材料的前体的干燥高能研磨步骤，该步骤在第一固态热反应之前进行，和对第一热反应的产物进行的第二干燥高能研磨步骤，第二步骤在第二固态热反应之前进行。

发明内容