[发明专利]原电池的正极的电活性材料

说明书

本发明涉及锂原电池的正极的电活性材料，其包含含有至少一种式(I)Li_xMnO_y的第一化合物的第一组分和含有至少一种式(II)Li_xH_yV₃O₈的第二化合物的第二组分的混合物，其中在式(I)中：0≤x≤20≤y≤40≤2y‑x≤7其中在式(II)中：0≤x≤4.50.01≤y≤20.01≤x+y≤6.5其中第一化合物为具有在1μm至200μm之间的粒度的颗粒的形式，第二化合物为粒度小于500nm的纳米颗粒的形式，或者为具有在0.2μm至500μm之间的长度和在10nm至200nm之间的宽度的纳米纤维的形式，且其中所述第一组分和所述第二组分以1:99重量％至99:1重量％的量存在。

发明领域

本发明涉及电子或电化学活性材料(EAM)，包含它的正极和包含该正极的原电池。

发明背景

自1973年起，最早的锂原电池由Sony商业化。几十年来，这些电化学电池广泛作为电源用于多种电子装置中。这些装置的发展功能总是需要具有较高能量密度的电池。另一方面，降低污染和温室气体排放目前变成紧迫的，并且还驱动具有较高性能的新电池的需求。

锂电化学电池由三个基本组件：负极、电解质和正极组成。具有低还原电势的锂金属或含锂合金、类石墨材料、金属氧化物、硫化物、氮化物等可用作活性负极材料。一般而言，溶于非水体系中的锂盐用作电解质。正极为可随着电化学反应将锂离子引入结构中，同时产生能量的化合物。负极和正极的化学势和比容量决定电池的能量密度。

氧化锰(MnO₂)长时间作为活性正极材料用于干电池中。由于良好的性能、足够的资源和经济价值，直至现在，它仍在商业锂原电池中起重要作用。MnO₂具有各个种类，包括天然矿石，例如软锰矿、拉锰矿、六方锰矿(称为NMD)，通过化学方法(CMD)和通过电解方法(EMD)制备的化合物。EMD MnO₂为工业上非常常用的原料，可将其进一步处理并作为活性正极材料用于电池中。EMD的晶体结构称为γ-MnO₂，并将它用不同的温度处理以形成β-MnO₂相或β-γ-MnO₂混合相，其可作为初级Li电池中的有希望正极材料最佳化。正极MnO₂的其它相包括α-MnO₂、δ-MnO₂、ε-MnO₂和λ-MnO₂。无定形、混合相、锂化和改性相也可作为活性正极材料用于Li电池中。大量专利贡献于可改进MnO₂相关正极的电化学性能的不同生产方法，例如US 4,297,231、US 5,698,176和US 6,403,257。

由于预期产生高能量密度的其高氧化态(5+)和还原成较低氧化态(4+、3+)的能力，多年来研究了钒氧化物作为电池材料。它们可作为活性正极用于Li电池中。在对不同类型的钒氧化物如V₂O₅、LiV₃O₈、(Li_1.3-yCu_y)V₃O₈、VO₂、V₆O₁₃和Li₃V₆O₁₃的研究中进行了大量努力。