[发明专利]混合的非晶态氧化钒的制备方法及其在可再充电锂电池的电极中的应用

说明书

                  发明背景

(1)发明领域

本发明涉及合成非晶态三元锂酸盐化的(Lithiated)钒金属氧化物的新颖方法，所述的钒金属氧化物具有以下化学式Li_xM_yV_zO_(x+5z+ny)/2，其中M是一种金属，0＜X≤3,0＜y≤3,1≤z≤4,n=2或3；也涉及制备非晶态二元非锂酸盐化的钒金属氧化物的新颖方法，所述的钒金属氧化物具有以下化学式M_yV_zO_(5z+ny)/2，其中M是一种金属，0＜y≤3,1≤z≤4,n=2或3；以及可再充电的锂酸盐化的夹塞电池(intercalation battery cell)，所述的电池包括正电极、负电极和电解质，其中负电极的活性材料是按照本发明的方法制造的化学式为Li_xM_yV_zO_(x+5z+ny)/2的非晶态三元锂酸盐化的钒金属氧化物(Li-M-V-O)或化学式为M_yV_zO_(5z+ny)/2的非晶态二元非锂酸盐化的钒金属氧化物(M-V-O)。

(2)相关技术

锂离子二次电池是电池市场经济上很重要的一部分。这种二次电池在工业上的一种重要的实施方式用锂酸盐化的夹塞金属氧化物作为正电极，而以含碳材料作为负电极。典型的这种电池的说明见于美国专利5,460,904，该专利在此引用参考。常用的锂酸盐化的金属氧化物包括LiCoO₂,LiNiO₂,和LiMn₂O₄，其中使用得最广泛的材料是LiCoO₂。所有的这些锂酸盐化的金属氧化物的共同特点是，在电池的充电/放电循环中，对于每个过渡金属只有0.5个锂原子可以实际使用。因此，人们继续研究寻求更好、更便宜、效率更高的电极材料。

增加这种电池的容量的努力主要集中在四个方面：(1)改进现有的钴基-、镍基、和锰基氧化物；(2)寻求适合用于锂酸盐化的夹塞电池中的锂酸盐化的金属氧化物；(3)提高含碳负电极的电化学特性；和(4)寻找可替代锂酸盐化的夹塞电池中的含碳负电极的其它材料。

各种研究人员曾试图改进锂酸盐化的夹塞电池中含碳材料的可逆容量，但成绩不大。J.Dahn等人试图热解处理有机材料得到含碳的电极材料来改进含碳材料的电化学性能。J.Dahn et al.,Lithium batteries,(1994)。F.Disma等人曾探索负电极的机械加工来加强其电化学容量。遗憾的是，这些方法并不怎样成功。

近年来，Joshio等人在日本专利申请JP106642中以及Guyomard等人在C.R.Acad.Sci.Paris,320,523(1995)中，提出了关于负电极的可能的新工艺。这两个研究小组发现，某些以锂酸盐化的氧化钒为基的电极(原来是寻找作为正电极的潜在材料的)，当放电至电压低于约0.2伏时，能够可逆地夹塞锂离子，其数量可达每个过渡金属原子约7个锂原子。

但是，这些公开表明，这些锂酸盐化的氧化钒作为电极是有问题的。Guyomard等人是利用初始结晶来制备其锂酸盐化的氧化钒，这种方法严重地限制了该材料作为商业电池中电极材料的适用性。Yoshio等人揭示的锂金属氧化物化合物，其制造方法需在高于500℃的温度下煅烧和退火数天。而且，Yoshio的化合物也经受初始结晶，并且含有大量的有害金属元素，这些元素会在初始放电时变成非晶态的。因此，需要能有效地合成非晶态的锂酸盐化的和非锂酸盐化的钒金属氧化物材料的方法，所得的材料应能适合用作商业上有价值的锂酸盐化的夹塞二次电池的负极活性材料。

                          发明概述

本发明的目的是提供一种新颖的合成非晶态三元锂酸盐化的钒金属氧化物的方法，所述的钒金属氧化物具有以下化学式Li_xM_yV_zO_(x+5z+ny)/2，其中M是一种金属，0＜X≤3,0＜y≤3,1≤z≤4,n=2或3；该方法可通过简单有效的合成过程产生所述的非晶态三元锂酸盐化的钒金属氧化物。