电化学组成物及相关技术

摘要

本发明揭示一种适用于电化学氧化还原反应之组成物。组成物可包含一种以通式MyXO4或AxMyXO4表示之材料，其中A(若存在的话)、M与X中之每一者彼此独立地代表至少一元素，O代表氧，并且x(若存在的话)与y中之每一者代表一数目，以及一种元素的氧化物，其中材料和氧化物是共结晶态的，及/或其中组成物的结晶结构单元的体积大于单独使用材料的结晶结构单元的体积。本案亦揭示含有组成物之电极，以及含有此一电极之电化学电池。本案亦揭示一种适用于电化学氧化还原反应之组成物的制备方法。

主权项

一种适用于电化学氧化还原反应之组成物，其包含：一种以通式MyXO4表示之材料，其中M代表至少一种选自过渡金属元素、锌、镉、铍、镁、钙、锶、硼、铝、矽、镓、锗、铟、锡、锑及铋之元素；X代表至少一种选自磷、砷、矽及硫之元素；O代表氧；并且y代表数目约0.8至约1.2(含)；其中该材料可迁入离子A以形成AxMyXO4，其中A代表至少一种选自硷金属元素、铍、镁、镉、硼及铝之元素；并且x代表数目约0.8至约1.2(含)；以及至少一种选自过渡金属元素、锌、镉、铍、镁、钙、锶、硼、铝、矽、镓、锗、铟、锡、锑及铋之元素的氧化物；其中该材料和该氧化物是共结晶态的。一种适用于电化学氧化还原反应之组成物，其包含：一种以通式AxMyXO4表示之材料，其中A代表至少一种选自硷金属元素、铍、镁、镉、硼及铝之元素；M代表至少一种选自过渡金属元素、锌、镉、铍、镁、钙、锶、硼、铝、矽、镓、锗、铟、锡、锑及铋之元素；X代表至少一种选自磷、砷、矽及硫之元素；O代表氧；x代表数目约0.8至约1.2(含)，并且y代表数目约0.8至约1.2(含)；以及至少一种选自过渡金属元素、锌、镉、铍、镁、钙、锶、硼、铝、矽、镓、锗、铟、锡、锑及铋之元素的氧化物；其中该材料和该氧化物是共结晶态的。如申请专利范围第1或2项所述之组成物，其中A代表至少一种选自锂、钠及钾之元素。如申请专利范围第1或2项所述之组成物，其中M代表至少一种选自第一列过渡金属元素之元素。如申请专利范围第1或2项所述之组成物，其中X代表至少一种选自磷及砷之元素。如申请专利范围第1或2项所述之组成物，其中该氧化物为至少一种选自第一列过渡金属元素、锌、镁、铝及矽之元素的氧化物。如申请专利范围第1或2项所述之组成物，其中相对于该组成物，该氧化物的存在量为小于或等于0.1莫耳比。如申请专利范围第1或2项所述之组成物，其中在通式中，A代表至少一种选自硷金属元素之元素；M代表至少一种选自过渡金属元素之元素；并且X代表至少一种选自磷及砷之元素。如申请专利范围第1或2项所述之组成物，进一步含有碳。如申请专利范围第1或2项所述之组成物，其中适量的氧化物和该材料形成共结晶态部分，并且过量的氧化物形成至少部分地包覆该共结晶态部分之外部。如申请专利范围第1或2项所述之组成物，进一步包含碳，其中适量的氧化物和该材料形成共结晶态部分、并且过量的氧化物形成至少部分地包覆该共结晶态部分之外部，并且该碳至少部分地包覆该外部。如申请专利范围第1或2项所述之组成物，其中该组成物是奈米级的。如申请专利范围第1或2项所述之组成物，其中A代表至少一种选自锂及钠之元素；M代表至少一种选自锰、铁、钴和镍之元素M1以及至少一种选自钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、镁、铝、矽、金、锑和镧之元素M2，其中M1和M2不同；X代表磷；O代表氧；氧化物系为至少一种选自钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、镁、铝、矽、金、锑和镧之元素的氧化物。如申请专利范围第1项所述之组成物，其中呈共结晶态之该材料和该氧化物系以通式MyXO4．zB表示，其中B代表氧化物，并且z为小于或等于0.1。如申请专利范围第2项所述之组成物，其中呈共结晶态之该材料和该氧化物系以通式AxMyXO4．zB表示，其中B代表氧化物，并且z为小于或等于0.1。一种电极，其包含如申请专利范围第1或2项所述之组成物。一种电化学电池，其包含如申请专利范围第16项所述之电极。一种适用于电化学氧化还原反应之组成物，其包含：一种以通式MyXO4表示之材料，其中M代表至少一种选自过渡金属元素、锌、镉、铍、镁、钙、锶、硼、铝、矽、镓、锗、铟、锡、锑及铋之元素；X代表至少一种选自磷、砷、矽及硫之元素；O代表氧；并且y代表数目约0.8至约1.2(含)；其中该材料可迁入离子A以形成AxMyXO4，其中A代表至少一种选自硷金属元素、铍、镁、镉、硼及铝之元素；并且x代表数目约0.8至约1.2(含)，并且y代表数目约0.8至约1.2(含)；以及至少一种选自过渡金属元素、锌、镉、铍、镁、钙、锶、硼、铝、矽、镓、锗、铟、锡、锑及铋之元素的氧化物；其中一体积之该组成物的结晶态结构单元大于一体积之单独该材料的结晶态结构单元。一种适用于电化学氧化还原反应之组成物，其包含：一种以通式AxMyXO4表示之材料，其中A代表至少一种选自硷金属元素、铍、镁、镉、硼及铝之元素；M代表至少一种选自过渡金属元素、锌、镉、铍、镁、钙、锶、硼、铝、矽、镓、锗、铟、锡、锑及铋之元素；X代表至少一种选自磷、砷、矽及硫之元素；O代表氧；x代表数目约0.8至约1.2(含)，并且y代表数目约0.8至约1.2(含)；以及至少一种选自过渡金属元素、锌、镉、铍、镁、钙、锶、硼、铝、矽、镓、锗、铟、锡、锑及铋之元素的氧化物；其中一体积之该组成物的结晶态结构单元大于一体积之单独该材料的结晶态结构单元。一种制备适用于电化学氧化还原反应之组成物的方法，其包含：合并含有M之第一材料，其中M代表至少一种选自过渡金属元素、锌、镉、铍、镁、钙、锶、硼、铝、矽、镓、锗、铟、锡、锑及铋之元素，与含有X之第二材料之溶液，其中X代表至少一种选自磷、砷、矽及硫之元素，并且该第二材料对应地含有至少一种选自磷酸盐、砷酸盐、矽酸盐及硫酸盐之材料，俾制造所生成溶液；由该所生成溶液得到颗粒混合物；以至少一种选自过渡金属元素、锌、镉、铍、镁、钙、锶、硼、铝、矽、镓、锗、铟、锡、锑及铋之元素的氧化物研磨该颗粒混合物，俾制造半结晶态颗粒混合物；乾燥该半结晶态颗粒混合物以提供前驱物；以及煅烧该前驱物，以生成含有氧化物与以通式MyXO4表示之材料，其中O代表氧，并且y代表数目约0.8至约1.2(含)，该组成物可迁入离子A以形成AxMyXO4，其中A代表至少一种选自硷金属元素、铍、镁、镉、硼及铝之元素；并且x代表数目约0.8至约1.2(含)。一种制备适用于电化学氧化还原反应之组成物的方法，其包含：合并含有M之第一材料，其中M代表至少一种选自过渡金属元素、锌、镉、铍、镁、钙、锶、硼、铝、矽、镓、锗、铟、锡、锑及铋之元素；含有X之第二材料之溶液，其中X代表至少一种选自磷、砷、矽及硫之元素，并且该第二材料对应地含有至少一种选自磷酸盐、砷酸盐、矽酸盐及硫酸盐之材料；A代表至少一种选自硷金属元素、铍、镁、镉、硼及铝之元素，俾制造所生成溶液；由该所生成溶液得到颗粒混合物；以至少一种选自过渡金属元素、锌、镉、铍、镁、钙、锶、硼、铝、矽、镓、锗、铟、锡、锑及铋之元素的氧化物研磨该颗粒混合物，俾制造半结晶态颗粒混合物；与含有离子A之第三材料，其中乾燥该半结晶态颗粒混合物以提供前驱物；以及煅烧该前驱物，以生成含有氧化物与以通式AxMyXO4表示之材料，其中O代表氧，x代表数目约0.8至约1.2(含)，并且y代表数目约0.8至约1.2(含)。如申请专利范围第20或21项所述之方法，其中该合并步骤与得到颗粒混合物之步骤之至少一者进一步包含调整pH。如申请专利范围第21项所述之方法，其中该合并步骤包含首先合并该第一材料与该溶液以生成第一溶液，接着合并该第一溶液与该第三材料。如申请专利范围第20或21项所述之方法，其中该研磨步骤系足以制造半结晶态奈米级颗粒混合物。如申请专利范围第20或21项所述之方法，其中煅烧该前驱物之步骤包含在惰性气体与悬浮于惰性气体中之碳粒存在下煅烧该前驱物。如申请专利范围第20或21项所述之方法，进一步包含加入还原剂。如申请专利范围第20或21项所述之方法，其中A代表至少一种选自锂、钠及钾之元素。如申请专利范围第20或21项所述之方法，其中M代表至少一种选自第一列过渡金属元素之元素。如申请专利范围第20或21项所述之方法，其中该氧化物为至少一种选自第一列过渡金属元素及镁之元素的氧化物。如申请专利范围第20或21项所述之方法，其中该材料和该氧化物是共结晶态的。如申请专利范围第20或21项所述之方法，其中该组成物是奈米级的。