EP1511101B1

Negative active material for non-aqueous electrolyte battery, method of preparing same, and non-aqueous electrolyte battery comprising same

Abstract

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EP1511101B1, drawing sheet 1
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Expired 19 August 2024, 2.1 years ago.

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24 claims: 24 independent, 0 dependent

  1. 1
    A negative active material of a non-aqueous electrolyte battery, the negative active material comprising a compound represented by formula 1:LixMyVzO2+d     (1) where 0.1 ≤ x ≤ 2.5, 0 < y ≤ 0.5, 0.5 ≤ z ≤ 1.5, 0 ≤ d ≤ 0.5, and M is at least one element selected from the group consisting of Mo, Ti, and W characterized in that the negative active material has an average oxidation state of vanadium of +1 to +4. Matériau actif négatif d'une batterie à électrolyte non aqueuse, le matériau actif négatif comprenant un composé représenté par la formule 1 :         LixMyVzO2+d     (1) où 0, 1 ≤ x ≤ 2, 5, 0 < y ≤ 0, 5, 0, 5 ≤ z ≤ 1, 5, 0 ≤ d ≤ 0,5, et M est au moins un élément choisi dans le groupe constitué par Mo, Ti et W, caractérisé en ce que le matériau actif négatif présente un état d'oxydation moyenne du vanadium de +1 à +4. Negatives Aktivmaterial einer nicht-wässrigen Elektrolytbatterie, wobei das negative Aktivmaterial eine durch Formel 1 dargestellte Verbindung umfasst:         LixMyVzO2+d     (1) wobei 0,1 ≤ x ≤ 2.5, 0 < y ≤ 0,5, 0,5 ≤ z ≤ 1,5, 0 ≤ d ≤ 0,5, und M mindestens ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Mo, Ti und W ist, dadurch gekennzeichnet, dass das negative Aktivmaterial einen durchschnittlichen Oxidationszustand von Vanadium von +1 bis +4 aufweist.
  2. 2
    Matériau actif négatif selon la revendication 1, qui est intercalé/désintercalé, et qui présente un changement de volume de réseau cristallin inférieur ou égal à 30 % en raison de l'intercalation/de la désintercalation du lithium. Negatives Aktivmaterial nach Anspruch 1, wobei das negative Aktivmaterial interkaliert/deinterkaliert wird, und das negative Aktivmaterial aufgrund der Lithiuminterkalation und Deinterkalation eine Änderung im Kristallgittervolumen von weniger als oder gleich 30% erfährt. The negative active material of claim 1, wherein the negative active material is intercalated/deintercalated, and the negative active material has a change in crystal lattice volume less than or equal to 30% due to lithium intercalation and deintercalation.
  3. 3
    Matériau actif négatif selon la revendication 2 qui est intercalé/désintercalé, et qui présente un changement de volume de réseau cristallin inférieur ou égal à 27 % en raison de l'intercalation et de la désintercalation du lithium. Negatives Aktivmaterial nach Anspruch 2, wobei das negative Aktivmaterial interkaliert/deinterkaliert wird, und das negative Aktivmaterial aufgrund der Lithiuminterkalation und Deinterkalation eine Änderung im Kristallgittervolumen von weniger als oder gleich 27% erfährt. The negative active material of claim 2, wherein the negative active material is intercalated/deintercalated, and the negative active material has a change in crystal lattice volume less than or equal to 27% due to lithium intercalation and deintercalation.
  4. 4
    Matériau actif négatif selon la revendication 1, qui présente une densité de 1 à 5 g/cc. Negatives Aktivmaterial nach Anspruch 1, wobei das negative Aktivmaterial eine Stampfdichte von 1 bis 5g/cc aufweist. The negative active material of claim 1, wherein the negative active material has a tapping density of 1 to 5g/cc.
  5. 5
    Matériau actif négatif selon la revendication 4, qui présente une densité de 1,2 à 4,5 g/cc. Negatives Aktivmaterial nach Anspruch 4, wobei das negative Aktivmaterial eine Stampfdichte von 1,2 bis 4,5g/cc aufweist. The negative active material of claim 4, wherein the negative active material has a tapping density of 1.2 to 4.5g/cc.
  6. 6
    Matériau actif négatif selon la revendication 1, qui présente un volume de vide de 10-3 cc/g à 0,8 cc/g pour une taille de particules de 0,1 à 10 µm. Negatives Aktivmaterial nach Anspruch 1, wobei das negative Aktivmaterial ein Hohlraumvolumen im Bereich von 10-3cc/g bis 0,8cc/g bei einer Teilchengröße von 0,1 bis 10µm aufweist. The negative active material of claim 1, wherein the negative active material has a void volume ranging from 10-3cc/g to 0.8cc/g for a particle size of 0.1 to 10µm.
  7. 7
    Matériau actif négatif selon la revendication 6, qui présente un volume de vide de 0,01 cc/g à 0,3 cc/g pour une taille de particules de 0,1 à 10 µm. Negatives Aktivmaterial nach Anspruch 6, wobei das negative Aktivmaterial ein Hohlraumvolumen im Bereich von 0,01 cc/g bis 0,3cc/g bei einer Teilchengröße von 0,1 bis 10µm aufweist. The negative active material of claim 6, wherein the negative active material has a void volume ranging from 0.01cc/g to 0.3cc/g for a particle size of 0.1 to 10µm.
  8. 8
    Matériau actif négatif selon la revendication 7, qui présente un volume de vide de 0,1 cc/g à 0,8 cc/g pour une taille de particules de 0,1 à 10 µm. Negatives Aktivmaterial nach Anspruch 7, wobei das negative Aktivmaterial ein Hohlraumvolumen im Bereich von 0,1 cc/g bis 0,8cc/g bei einer Teilchengröße von 0,1 bis 10µm aufweist. The negative active material of claim 7, wherein the negative active material has a void volume ranging 0.1cc/g to 0.8cc/g for a particle size of 0.1 to 10µm.
  9. 9
    Matériau actif négatif selon la revendication 1, qui présente une surface spécifique de 0,01 à 10m2/g. Negatives Aktivmaterial nach Anspruch 1, wobei das negative Aktivmaterial eine spezifische Oberfläche von 0,01 bis 10m2/g aufweist. The negative active material of claim 1, wherein the negative active material has a specific surface area of 0.01 to 10m2/g.
  10. 10
    Matériau actif négatif selon la revendication 9, qui présente une surface spécifique de 0,01 à 5 m2/g. Negatives Aktivmaterial nach Anspruch 9, wobei das negative Aktivmaterial eine spezifische Oberfläche von 0,01 bis 5m2/g aufweist. The negative active material of claim 9, wherein the negative active material has a specific surface area of 0.01 to 5m2/g.
  11. 11
    Matériau actif négatif selon la revendication 10, qui présente une surface spécifique de 0,1 à 5 m2/g. Negatives Aktivmaterial nach Anspruch 10, wobei das negative Aktivmaterial eine spezifische Oberfläche von 0,1 bis 5m2/g aufweist. The negative active material of claim 10, wherein the negative active material has a specific surface area of 0.1 to 5m2/g.
  12. 12
    Matériau actif négatif selon la revendication 1, qui présente une pleine largeur à mi-hauteur d'un pic de diffraction de rayon X au niveau d'un plan (003) de 0,5 ou moins, et une pleine largeur à mi-hauteur d'un pic de diffraction de rayon X au niveau d'un plan (104) de 0,5 ou moins. Negatives Aktivmaterial nach Anspruch 1, wobei das negative Aktivmaterial eine Halbwertsbreite eines Röntgenbeugungspeaks bei einer (003)-Ebene von 0,5 oder weniger und eine Halbwertsbreite eines Röntgenbeugungspeaks bei einer (104)-Ebene von 0,5 oder weniger aufweist. The negative active material of claim 1, wherein the negative active material has a full width at half maximum of an X-ray diffraction peak at a (003) plane of 0.5 or less, and a full width at half maximum of an X-ray diffraction peak at a (104) plane of 0.5 or less.
  13. 13
    Matériau actif négatif selon la revendication 1, qui présente une pleine largeur à mi-hauteur d'un pic de diffraction de rayon X au niveau d'un plan (003) de 0,3 ou moins, et une pleine largeur à mi-hauteur d'un pic de diffraction de rayon X au niveau d'un plan (104) de 0,4 ou moins. Negatives Aktivmaterial nach Anspruch 1, wobei das negative Aktivmaterial eine Halbwertsbreite eines Röntgenbeugungspeaks bei einer (003)-Ebene von 0,3 oder weniger und eine Halbwertsbreite eines Röntgenbeugungspeaks bei einer (104)-Ebene von 0,4 oder weniger aufweist. The negative active material of claim 1, wherein the negative active material has a full width at half maximum of an X-ray diffraction peak at a (003) plane of 0.3 or less, and a full width at half maximum of an X-ray diffraction peak at a (104) plane of 0.4 or less.
  14. 14
    Matériau actif négatif selon la revendication 1, qui présente un rapport d'intensité de diffraction de rayon X I(003)/I(104) entre une intensité de pic de diffraction de rayon X au niveau d'un plan (003) à une intensité maximale de diffraction de rayon X au niveau d'un plan (104) de 0,3 à 2. Negatives Aktivmaterial nach Anspruch 1, wobei das negative Aktivmaterial ein Röntgenbeugungsintensitätsverhältnis l(003)/l(104) von einer Röntgenbeugungspeakintensität bei einer (003)-Ebene zu einer Röntgenbeugungspeakintensität bei einer (104)-Ebene von 0,3 bis 2 aufweist. The negative active material of claim 1, wherein the negative active material has an X-ray diffraction intensity ratio l(003)/l(104) of an X-ray diffraction peak intensity at a (003) plane to an X-ray diffraction peak intensity at a (104) plane of 0.3 to 2.
  15. 15
    Matériau actif négatif selon la revendication 14, qui présente un rapport d'intensité de diffraction de rayon X I(003)/I(004) entre une intensité maximale de diffraction de rayon X au niveau d'un plan (003) à une intensité maximale de diffraction de rayon X au niveau d'un plan (104) de 0,5 à 1,5. Negatives Aktivmaterial nach Anspruch 14, wobei das negative Aktivmaterial ein Röntgenbeugungsintensitätsverhältnis l(003)/l(104) von einer Röntgenbeugungspeakintensität bei einer (003)-Ebene zu einer Röntgenbeugungspeakintensität bei einer (104)-Ebene von 0,5 bis 1,5 aufweist. The negative active material of claim 14, wherein the negative active material has an X-ray diffraction intensity ratio l(003)/l(104) of an X-ray diffraction peak intensity at a (003) plane to an X-ray diffraction peak intensity at a (104) plane of 0.5 to 1.5.
  16. 16
    A method of preparing a negative active material of a non-aqueous battery, the negative active material being represented by formula 1, comprising:mixing a vanadium source, a lithium source and a predetermined metal source;andheat-treating the mixture at approximately 500°C to 1,400°C under a reductive atmosphere:         LixMyVzO2+d     (1) where 0.1 ≤ x ≤ 2.5, 0 ≤ y ≤ 0.5, 0.5 ≤ z ≤ 1.5, 0 ≤ d ≤ 0.5, and M is at least one element selected from the group consisting of Mo, Ti, and W, wherein the negative active material has an average oxidation state of vanadium of +1 to +4. Procédé de préparation d'un matériau actif négatif d'une batterie non aqueuse, le matériau actif négatif étant représenté par la formule 1, comprenant : le mélange d'une source de vanadium, d'une source de lithium et d'une source de métal prédéterminé ;etle traitement thermique du mélange à environ 500°C à 1400°C, dans une atmosphère de réduction :         LixMyVzO2+d     (1) où 0,1 ≤ x ≤ 2, 5, 0 < y ≤ 0, 5, 0, 5 ≤ z ≤ 1, 5, 0 ≤ d ≤ 0,5, etM est au moins un élément choisi dans le groupe constitué par Mo, Ti et W,dans lequel le matériau actif négatif présente un état d'oxydation moyenne du vanadium de +1 à +4. Verfahren zur Herstellung eines negativen Aktivmaterials einer nicht-wässrigen Batterie, wobei das negative Aktivmaterial durch Formel 1 dargestellt ist, umfassend: Mischen einer Vanadiumquelle, einer Lithiumquelle und einer vorbestimmten Metallquelle;undWärmebehandeln des Gemisches bei ca. 500°C bis 1400°C unter einer reduktiven Atmosphäre:         LixMyVzO2+d     (1) wobei 0,1 ≤ x ≤ 2.5, 0 < y ≤ 0,5, 0,5 ≤ z ≤ 1,5, 0 ≤ d ≤ 0,5, undM mindestens ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Mo, Ti und W ist, wobei das negative Aktivmaterial einen durchschnittlichen Oxidationszustand von Vanadium von +1 bis +4 aufweist.
  17. 17
    Procédé selon la revendication 16, dans lequel la source de vanadium est choisie parmi le groupe constitué par du métal de vanadium, VO, V2O3, V2O4, V4O7, VOSO4·H2O, et NH4VO3. The method of claim 16, wherein the vanadium source is selected from the group consisting of vanadium metal, VO, V2O3, V2O4, V4O7, VOSO4·H2O, and NH4VO3. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Vanadiumquelle ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Vanadiummetall, VO, V2O3, V2O4, V4O7, VOSO4·H2O und NH4VO3.
  18. 18
    Procédé selon la revendication 16, dans lequel la source de lithium est choisie parmi le groupe constitué par du carbonate de lithium, de l'hydroxyde de lithium, du nitrate de lithium, et de l'acétate de lithium. The method of claim 16, wherein the lithium source is selected from the group consisting of lithium carbonate, lithium hydroxide, lithium nitrate, and lithium acetate. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Lithiumquelle ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Lithiumcarbonat, Lithiumhydroxid, Lithiumnitrat und Lithiumacetat.
  19. 19
    Procédé selon la revendication 16, dans lequel la source de métal est l'un d'oxydes et d'hydroxydes, les oxydes et les hydroxydes comprenant un oxyde/hydroxyde d'un métal choisi dans le groupe constitué par Mo, Ti et W. The method of claim 16, wherein the metal source is one of oxides and hydroxides, the oxides and hydroxides comprising one oxide/hydroxide of a metal selected from the group consisting of Mo, Ti, and W. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Metallquelle eines von Oxiden und Hydroxiden ist, wobei die Oxide und Hydroxide ein Oxid/Hydroxid eines Metalls ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Mo, Ti und W umfassen.
  20. 20
    Procédé selon la revendication 16, dans lequel l'atmosphère de réduction est une atmosphère d'azote, une atmosphère d'argon, une atmosphère de mélange gazeux N2/H2, une atmosphère de mélange gazeux CO/CO2, ou une atmosphère d'hélium. The method of claim 16, wherein the reductive atmosphere is a nitrogen atmosphere, an argon atmosphere, a N2/H2 gas mixture atmosphere, a CO/CO2 gas mixture atmosphere or a helium atmosphere. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die reduktive Atmosphäre eine Stickstoffatmosphäre, eine Argonatmosphäre, eine N2/H2-Gasgemisch-Atmosphäre, eine CO/CO2-Gasgemisch-Atmosphäre oder eine Heliumatmosphäre ist.
  21. 21
    A non-aqueous electrolyte battery comprising:a positive electrode comprising a positive active material to intercalate/deintercalate lithium;a non-aqueous electrolyte;anda negative electrode comprising a negative active material according to any of claims 1 through 15. Batterie à électrolyte non aqueuse, comprenant : une électrode positive comprenant un matériau actif positif destiné à intercaler/désintercaler le lithium ;un électrolyte non aqueux ;etune électrode négative comprenant un matériau actif négatif selon l'une quelconque des revendications 1 à 15. Nicht-wässrige Elektrolytbatterie, umfassend: eine positive Elektrode umfassend ein positives Aktivmaterial zum Interkalieren/ Deinterkalieren von Lithium;ein nicht-wässriges Elektrolyt;undeine negative Elektrode umfassend ein negatives Aktivmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 15.
  22. 22
    Batterie à électrolyte non aqueuse selon la revendication 21, dans laquelle le matériau actif positif est au moins choisi parmi les composés représentés par les formules 2 à 13 :LixMn1-yMyA2     (2)         LixMn1-yMyO2-zXz     (3)         LixMn2O4-zXz     (4)         LixCo1-yMyA2     (5)         LixCO1-yMyO2-zXz     (6)         LixNi1-yMyA2     (7)         LixNi1-yMyO2-zXz     (8)         LixNi1-yCoyO2-zXz     (9)         LixNi1-y-zCoyMzAα     (10)         LixNi1-y-zCoyMzO2-αXα     (11)         LixNi1-y-zMnyMzAα     (12)         LixNi1-y-zMnyMzO2-αXα     (13) où 0,90 ≤ x ≤ 1,1 ;0 ≤ y ≤ 0,5 ;0 ≤ z ≤ 0,5 ;0 ≤ α ≤ 2 ;M est au moins choisi dans le groupe constitué par Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V et des éléments de terres rares ;et A est choisi dans le groupe constitué par 0, F, S et P ;et X est F, S ou P. Nicht-wässrige Elektrolytbatterie nach Anspruch 21, wobei das positive Aktivmaterial mindestens eines ausgewählt aus Verbindungen, dargestellt durch die Formeln 2 bis 13, ist:         LixMn1-yMyA2     (2)         LixMn1-yMyO2-zXz     (3)         LixMn2O4-zXz     (4)         LixCo1-yMyA2     (5)         LixCo1-yMyO2-zXz     (6)         LixNi1-yMyA2     (7)         LixNi1-yMyO2-zXz     (8)         LixNi1-yCoyO2-zXz     (9)         LixNi1-y-zCoyMzAα     (10)         LixNi1-y-zCoyMzO2-αXα     (11)         LixNi1-y-zMnyMzAα     (12)         LixNi1-y-zMnyMzO2-αXα     (13) wobei 0,90 ≤x ≤1,1;0 ≤y ≤0,5;0 ≤z ≤0,5;0 ≤ α≤2;M mindestens eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V und Seltenerdmetallen ist;und A ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus O, F, S und P ist;und X F, S oder P ist. The non-aqueous electrolyte battery of claim 21, wherein the positive active material is at least one selected from compounds represented by formulas 2 to 13:         LixMn1-yMyA2     (2)         LixMn1-yMyO2-zXz     (3)         LixMn2O4-zXz     (4)         LixCo1-yMyA2     (5)         LixCo1-yMyO2-zXz     (6)         LixN1-yMyA2     (7)         LixNi1-yMyO2-zXz     (8)         LixNi1-yCOyO2-zXz     (9)         LixNi1-y-zCOyMzAα     (10)         LixNi1-y-zCoyMzO2-αXα     (11)         LixNi1-y-zMnyMzAα     (12)         LixNi1-y-zMnyMzO2-αXα     (13) where 0.90 ≤x ≤1.1;0 ≤y ≤0.5;0 ≤z ≤0.5;0 ≤ α≤2;M is at least one selected from the group consisting of Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V and rare earth elements;and A is selected from the group consisting of O, F, S and P;and X is F, S or P.
  23. 23
    Batterie à électrolyte non aqueuse selon la revendication 21, dans laquelle l'électrolyte non aqueux comprend au moins un solvant organique. Nicht-wässrige Elektrolytbatterie nach Anspruch 21, wobei das nicht-wässrige Elektrolyt mindestens ein organisches Lösungsmittel enthält. The non-aqueous electrolyte battery of claim 21, wherein the non-aqueous electrolyte includes at least one organic solvent.
  24. 24
    Batterie à électrolyte non aqueuse selon la revendication 21, dans laquelle l'électrolyte non aqueux comprend au moins un sel de lithium choisi dans le groupe constitué par LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiCF3SO3, LiN(CF3SO2)3, Li(CF3SO2)2N, LiC4F9SO3, LiClO4, LiAlO4, LiAlCl4, LiN(CxF2x+1SO2) (où x et y sont des nombres naturels), LiCl, et LiI. Nicht-wässrige Elektrolytbatterie nach Anspruch 21, wobei das nicht-wässrige Elektrolyt mindestens ein Lithiumsalz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiCF3SO3, LiN(CF3SO2)3, Li(CF3SO2)2N, LiC4F9SO3, LiClO4, LiAlO4, LiAlCl4, LiN(CxF2x+1SO2) (wobei x und y natürliche Zahlen sind), LiCl und Lil ist. The non-aqueous electrolyte battery of claim 21, wherein the non-aqueous electrolyte includes at least one lithium salt selected from the group consisting of LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiCF3SO3, LiN(CF3SO2)3, Li(CF3SO2)2N, LiC4F9SO3, LiClO4, LiAlO4, LiAlCl4, LiN(CxF2x+1SO2) (where x are y are natural numbers), LiCl, and LiI.
Independent claims24