本发明涉及包括包含铌的氧化物作为活性阳极材料的电化学电池单元。这种电池单元作为金属离子电池，例如锂离子电池或钠离子电池而受到关注。
背景技术：
1、锂离子(li离子)电池是一种常用类型的可再充电电池，其全球市场预计到2030年将增长到2000亿美元。li离子电池是在技术性能到环境影响方面具有多种需求的电动车辆的首选技术，从而为绿色汽车工业提供了可行的途径。
2、典型的锂离子电池由多个串联或并联连接的电池单元(cell)组成。每个单独的电池单元通常由阳极(负极性电极)和阴极(正极性电极)组成，所述阳极和阴极由多孔电绝缘膜(称为隔板)隔开，浸入到能够传输锂离子的液体(称为电解质)中。
3、在大多数系统中，电极由活性电极材料组成-这意味着它能够与锂离子发生化学反应，从而以受控方式可逆地储存和释放所述锂离子-必要时与导电添加剂(诸如碳)和聚合物粘合剂混合。将这些组分的浆料以薄膜形式涂覆在集电器(通常是铜或铝的薄箔)上，从而在干燥后形成电极。活性阳极材料和活性阴极材料可配制成具有广泛n/p比的电化学电池单元-此比根据活性阳极材料在其第一次锂化时的各个半电池单元的容量和活性阴极材料在其第一次脱锂时的各个半电池单元的容量计算得出。n/p被认为至少会影响电池单元寿命和安全性。然而，得出最佳n/p比是一个复杂的过程，具体取决于每种活性材料的性质。
4、在已知的li离子电池技术中，石墨阳极在电池充电时的安全限制严重阻碍了其在高功率电子产品、汽车和工业中的应用。在最近提出的广泛范围的潜在替代物中，钛酸锂(lto)和包含铌的氧化物是替代石墨作为用于高功率快速充电应用的首选活性材料的主要竞争者。
5、包含铌的氧化物在学术文献中为人所知已有一段时间，但直到最近才引起人们对其在li离子电池单元中的应用的兴趣。例如，wo2021/074593、wo2021/074594、wo2021/245411和wo2021/245410公开了各种包含铌的取代的和/或缺氧的氧化物，发现其具有用作活性阳极材料的良好特性。然而，仍需要优化利用包含铌的氧化物的电化学电池单元以帮助市场吸收这些有前景的活性阳极材料。
技术实现思路
1、在第一方面，本发明提供了一种电化学电池单元，其包括阳极、阴极以及安置于阳极与阴极之间的电解质；
2、其中所述阳极包括包含铌的氧化物作为活性阳极材料，其中所述包含铌的氧化物的晶体结构对应于mii2nb34o87、miiinb11o29、miiinb49o124、mivnb24o62、mvnb9o25、mvinb12o33、h-nb2o5或n-nb2o5的晶体结构；
3、其中所述电池单元具有＞1的n/p比，其中n/p定义为：
4、
5、其中：
6、面积负载量(mgcm-2)是电极组合物的干负载量，不考虑集电器；
7、活性分数(重量％)是作为活性材料的干电极组合物的百分比；
8、第一次锂化/脱锂容量(mahg-1)是在具有锂金属对电极的等效半电池单元上测量的所述阳极的第一次锂化循环或所述阴极的第一次脱锂循环在25℃下于c/10下的比容量。
9、本发明人发现，与n/p＜1相比，包含指定活性阳极材料的电化学电池单元具有n/p＞1使稳定性和寿命令人惊讶地改进，如实施例所示。理论上，以这种方式设计电池单元可充分利用可用的阴极容量，从而可控制全电池单元电压限制，以防止活性阴极材料电位(即全电池单元运行期间的局部电压)不必要地增加。阴极电压增加会导致活性材料过度锂化，导致材料降解，并可能超过所用电解质的稳定性极限，导致阴极材料表面发生进一步的电解质降解反应。此外，设计n/p＞1的电池单元被认为可通过最大限度地减少电解质与特定类别的活性阳极材料之间在低电压下可能发生的副反应来提高寿命和性能。
10、优选地，电化学电池是金属离子电池单元，例如锂离子或钠离子电池；最优选锂离子电池。
1.一种电化学电池单元，所述电化学电池单元包括阳极、阴极以及安置于所述阳极与所述阴极之间的电解质；
2.如权利要求1所述的电化学电池单元，其中所述n/p比为＞1—2，或1.01—1.5，或1.05—1.3。
3.如前述权利要求中任一项所述的电化学电池单元，其中所述包含铌的氧化物的晶体结构对应于mii2nb34o87、miiinb11o29、mvnb9o25或h-nb2o5的晶体结构；或对应于mii2nb34o87、miiinb11o29或h-nb2o5的晶体结构；或对应于mii2nb34o87的晶体结构。
4.如前述权利要求中任一项所述的电化学电池单元，其中所述包含铌的氧化物形成所述阳极中的总活性阳极材料的至少10重量％、50重量％或75重量％。
5.如前述权利要求中任一项所述的电化学电池单元，其中所述阳极包含另外的活性阳极材料；任选地，其中所述另外的活性阳极材料选自锂钛氧化物、钛铌氧化物、包含铌的不同氧化物、石墨、硬碳、软碳、硅、其掺杂和/或碳涂覆型式和其混合物。
6.如权利要求1至3中任一项所述的电化学电池单元，其中所述包含铌的氧化物是所述阳极中的唯一活性阳极材料。
7.如前述权利要求中任一项所述的电化学电池单元，其中所述阴极包含活性阴极材料；任选地，其中所述活性阴极材料选自lini1-xmxo2类的镍基层状氧化物，其中m＝co、mn、al，诸如nmc-锂镍锰钴氧化物、nca-锂钴铝氧化物和lco-锂钴氧化物；以及lnmo-锂镍锰氧化物。
8.如权利要求1至7中任一项所述的电化学电池单元，其中所述包含铌的氧化物具有式m1am22-am3bnb34-bo87-c-dqd，其中：
9.如权利要求8所述的电化学电池单元，其中所述包含铌的氧化物具有式m1azn2-am3bnb34-bo87-c，其中：
10.如权利要求8所述的电化学电池单元，其中所述包含铌的氧化物具有式m1am22-am3bnb34-bo87-c，其中：
11.如权利要求8所述的电化学电池单元，其中所述包含铌的氧化物具有式crazn2-am3bnb34-bo87-c，其中：
12.如权利要求1至7中任一项所述的电化学电池单元，其中所述包含铌的氧化物具有式m4aal1-am5bnb11-bo29-c-dqd，其中：
13.如权利要求12所述的电化学电池单元，其中所述包含铌的氧化物具有式m4aal1-anb11o29-c-dqd，其中：
14.如权利要求1至7中任一项所述的电化学电池单元，其中所述包含铌的氧化物具有式m6apx-am7bnb9-bo25-c-dqd，其中：
15.如权利要求14所述的电化学电池单元，其中所述包含铌的氧化物具有式m6ap1-am7bnb9-bo25-c-dqd，其中：
16.如权利要求1至7中任一项所述的电化学电池单元，其中所述包含铌的氧化物具有式m8am91-am10bnb12-bo33-c-dqd，其中：
17.如权利要求16所述的电化学电池单元，其中所述包含铌的氧化物具有式m8am91-am10bnb12-bo33-c-dqd，其中：
18.如权利要求1至7中任一项所述的电化学电池单元，其中所述包含铌的氧化物为h-nb2o5。
19.如前述权利要求中任一项所述的电化学电池单元，其中所述电化学电池单元为金属离子电池；任选地为锂离子或钠离子电池。
