[发明专利]用于钠离子蓄电池的阳极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本公开涉及可用于钠离子蓄电池的阳极中的组合物及用于制备和使用该组合物的方法。

背景技术

已引入多种阳极组合物以在二次钠离子蓄电池中使用。此类组合物在以下文献中有所描述，例如D.A.Stevens和J.R.Dahn，电化学学会杂志(J.Electrochemical Soc.)，147(2000)1271；Jiangfeng Qian等人，化学通讯(Chem.Commun.)，48(2012)7070；R.Fielden和M.N.Obrovac，电化学学会杂志(J.Electrochem.Soc.)，161(2014)A1158；Haijun Yu等人，德国应用化学(Angewante Chemie)，126(2014)9109；Ali Darwiche等人，美国化学会志(J.Am.Chem.Soc.)，134(2012)20805；Jiangfeng Qian等人，德国应用化学国际版(Angew.Chem.Int.Ed.)，52(2013)4633；以及Hui Xiong等人，物理化学快报(J.Phys.Chem.Lett.)，2(2011)2560。

发明内容

在一些实施方案中，提供了电化学活性材料。该材料包含式(I)的钠金属氧化物：

Na_xM_yTi_zO₂(I)

在式(I)中，0.2＜x＜1，M包括一种或多种第一行过渡金属，0.1＜y＜0.9，0.1＜z＜0.9；并且x+3y+4z＝4。

在一些实施方案中，提供了钠离子蓄电池。该蓄电池包括包含钠的阴极、包含钠的电解质，和包含上述电化学活性材料的阳极。

在一些实施方案中，提供了制备钠蓄电池的方法。该方法包括提供包含钠的阴极、提供包含上述电化学活性材料的阳极、提供包含钠的电解质，并且将阴极和阳极结合到到包含电解质的蓄电池中。提供阳极包括组合上述电化学活性材料的前体并进行球磨以形成电化学活性材料。

本公开的上述发明内容并非旨在描述本发明的每个实施方案。本公开的一个或多个实施方案的细节也阐述于以下具体实施方式中。本发明的其它特征、目标和优点在说明书和权利要求中将显而易见。

附图说明

结合附图来考虑本公开的以下各种实施方案的详细描述可以更完全地理解本公开，其中：

图1示出实施例1的样品的X射线衍射图；

图2示出构造有实施例1的负极的电池的电压曲线。

图3示出实施例2的样品的X射线衍射图；

图4示出构造有实施例2的负极的电池的电压曲线。

具体实施方式

钠离子蓄电池作为低成本、高能量密度的蓄电池化学应用而引起了人们的兴趣。已经提出硬碳作为在钠离子蓄电池中使用的合适的负极材料。然而，硬碳的体积容量仅为大约450Ah/L。这比锂离子电池中的石墨的体积容量小三分之二。

已经引入了基于合金的高能量密度负极材料作为硬碳的替代物。然而，已知的基于合金的电极材料的问题包括在蓄电池操作期间由于钠化反应和脱钠化反应而导致的大体积膨胀，以及差的循环寿命。

定义

在本文件中：

术语“钠化”和“钠化反应”是指用于将钠添加到电极材料的过程；

术语“脱钠化”和“脱钠化反应”是指用于从电极材料去除钠的过程；

术语“充电”和“进行充电”是指用于为电池提供电化学能量的过程；

术语“放电”和“进行放电”是指用于从电池去除电化学能量的过程，例如在使用电池以进行所需的工作时；

术语“阴极”是指在放电过程期间发生电化学还原和钠化反应的电极(通常称为正极)；

术语“阳极”是指在放电过程期间发生电化学氧化和脱钠化反应的电极(通常称为负极)；

术语“合金”是指包括金属、准金属、半金属中的任一种或全部的物质；