锂过渡金属磷酸盐二次聚集体及其制造方法_3

文档序号:9583008阅读:来源:国知局
使用不诱钢)例如稳定化的或未稳定化的氧化错或氧化侣。该研磨室和研磨单元也可 W用保护层涂覆和/或保护,W避免产品被磨损和/或化学反应污染。优选该涂层/保护 层由聚氨醋或陶瓷材料如氧化错、氮化娃、碳化娃制成或者包含它们,特别优选后者。
[0062]在本发明方法的另一实施方案中,分散剂在研磨步骤C)中添加。引入悬浮液中 的研磨能量优选设定为800-2500kWh/t,优选1200-2000kWh/t,在具体的实施方案中是 1200-1400kWh/t,而参考质量(t)指的是悬浮液中固体的质量。运种能量产生了热,因此悬 浮液必须通过合适的冷却装置冷却。同样在该研磨步骤中,另外的分散剂可W逐步或连续 添加。
[0063] 令人惊讶地已经发现,本发明产品的BET表面积取决于在本发明方法的步骤c)中 引入悬浮液中的研磨能量。
[0064] 在本发明的具体的实施方案中,BET表面积典型地是16-30m2/g。使用研磨能 量1200kWh/t和100μπι研磨珠时,在旋转害炉中热解后获得了BET表面积是19m2/g的 LiFeP〇4。在另一例子中,在旋转害炉中热解后获得了BET表面积是28mVg的C-Li化P〇4。
[0065] 类似现象可W在堆积孔隙率和振实孔隙率中发现,其因此也取决于引入到悬浮液 /浆料中的研磨能量:
[0066] 在具体的非限定性实施方案中,对于本发明的C-Li化P〇4,与根据US2010/0233540 合成的现有技术的C-LWeP〇4(在喷雾干燥之前没有研磨步骤)相比,可W发现如表1所示 的W下值。
[0067] 表1 :对于C-Li化P〇4,堆积和振实孔隙率与研磨能量
[0068]
[006引与现有技术材料和方法相比,低的孔隙率(即较高的堆积密度和振实密度,因此 增加的电极密度和电容)可W通过本发明方法所获得的材料来获得。
[0070] 运通过比较附图可W很清楚的看到,特别是图2和4,其中与C-LWeP〇4二次聚集 体(其在喷雾干燥之前进行了研磨步骤,在该实施例中,研磨能量是1200kWh/t)相比,未研 磨的C-LWeP〇4二次聚集体表现出明显更高的孔隙率。运归因于较小的一次颗粒。
[0071] 在研磨步骤C)之后,可W进行另外的解胶处理。运种处理通过任何可商购的分散 装置例如转子/定子分散器或胶体磨来进行,其可W用于喷雾干燥之前悬浮液的再聚集, W防止雾化器堵塞和降低雾化前悬浮液的粘度。
[0072] 在本发明方法的另一实施方案中,步骤d)中的喷雾干燥在120-500°C的溫度进 行。该喷雾干燥可W通过用于喷雾干燥的任何可商购的装置来进行,例如常规的并流喷雾 干燥器。浆料的雾化用旋转雾化器、水力喷嘴、气动喷嘴、组合的水力和气动喷嘴(具有在 浆料/悬浮液和气态喷雾介质上的压力)或者超声波雾化器来进行。特别优选旋转雾化器 或气动喷嘴。
[0073] 本发明方法的另一令人惊讶的特征是与现有技术方法例如US2010/0233540A1中 的相比,用于喷雾干燥的悬浮液/浆料中高的固含量。在本发明中可W使用非常高的固含 量,即20-70 %,优选40-65 %,在其他实施方案中是45-55 %。
[0074]悬浮液/浆料的干燥在120-500°C,通常200-370°C的喷雾干燥设备的气体入口溫 度进行。出口溫度是70-120°C。从该气体中分离固体产物可W用任何可商购的气体-固体 分离系统来进行,例如旋风分离器,静电沉淀器或过滤器,优选用具有脉冲喷射除尘系统的 袋式过滤器来进行。
[007引 Li0.9jeiAP04干燥的二次聚集体然后进行热处理。
[0076] 本发明方法的热处理(步骤e)在本发明的一个实施方案中是热解,其在 500°C-850°C,优选600-800°C,特别优选700-750°C的溫度,在连续运行的旋转害炉中进 行。应当理解,任何其他合适的装置可W充分用于本发明的目的。在运个溫度,存在于本发 明方法的一个实施方案中的碳前体化合物热解成碳,其然后整个或至少部分地作为层(涂 层)覆盖Liu.gJeiA(P〇4) -次颗粒。该热解典型地在约比的期间进行。
[0077] 出于生产工程化的原因,氮气被用作热解过程中的保护性气体,但是也可W使用 全部其他已知的保护性气体例如氣气等,W及其混合物。同样还可W使用具有低含氧量的 工业级氮气。
[0078] 任选地可W添加一种或两种颗粒分级过程步骤,W除去二次聚集体的粗的或细的 部分或者二者。运可W通过任何可商购的用于颗粒分级的装置来进行,例如旋风分离器、 空气分类器、筛网、筛子、筛选器或者其组合。在本发明的一个实施方案中,将该热处理的 LiihFeiyMyP〇4的二次聚集体在翻转筛选机上筛分,其组合有超声波和空气刷清洁,名义目 数是33μm-40μm,优选40μm。取细的部分作为产物,然后将粗的部分丢弃。
[0079] 本发明进一步通过附图和示例性实施方案来说明,其不W任何方式表示对本发明 范围的限制。
[0080] 图1是通过水热方法获得的未研磨的C-Li化P〇4的一次颗粒的SEM图像,
[0081] 图2是通过无研磨步骤的喷雾干燥获得的未研磨的C-Li化P〇4的二次聚集体的 沈Μ图像,
[008引图3是W1200k怖/t研磨的本发明的C-Li化Ρ04的二次聚集体的一次颗粒沈Μ图 像,
[008引图4是W1200k怖/t研磨的本发明的C-Li化Ρ04的二次聚集体的沈Μ图像,
[0084] 图5显示了颗粒形式的未研磨的碳涂覆的LWeP〇4,
[00财图6显示了本发明的C-Li化P04的二次颗粒的另一SEM照片,
[0086] 图7显示了具有本发明的C-Li化P〇4作为活性材料的电容,
[0087] 图8显示了Ξ种不同来源的现有技术的C-Li化P〇4聚集体作为活性材料,通过循 环的电容,
[008引图9显示了现有技术的(未研磨的)C-Li化P04聚集体通过循环的电容。
[0089] 实验
[0090] 1.概要
[0091] 测定粒度分布:
[0092] 二次聚集体的粒度分布使用光散射方法,使用可商购的装置来测定。运种方法本 身是本领域技术人员已知的,其中具体还可W参考JP2002-151082和W002/083555中的公 开内容。在运种情况中,粒度分布通过激光衍射测量设备(Mastersizer2000APA5005, MalvernInstrumentsGmbH,Herrenberg,0巧和制造商的软件(5. 40 版),用Malvern 干粉供料器SciroccoADA2000来测定。将该材料的折射率设定为0.00,因为使用了 化aunhofer数据分析方法。样品制备和测量根据制造商说明书来进行。使用了 0. 2己的空 气分散压力。
[0093]化。值给出了根据该测量方法,所测量样品中90%的颗粒具有较小或相同的颗粒 直径时的值。类似地,馬。值和〇1。值分别给出了根据该测量方法,所测量样品中50%和10% 的颗粒具有较小或相同的颗粒直径时的值。
[0094] 根据本发明一种特别优选的实施方案,在本说明书中提及的值对于化。值、D5。值、 Dg。值W及Dg。和Di。值之间的差值相对于总体积中各自颗粒的体积比例是有效的。因此,此 处提及的化。、馬。和Dg。值分别给出了测量样品中10体积%和50体积%和90体积%的各 自颗粒具有较小或相同的颗粒直径时的值。如果获得运些值,则提供了根据本发明特别有 利的材料,并且避免了相对粗的颗粒(具有相对较大的体积比例)对于加工性和电化学产 品性能的不利影响。优选本说明书中提及的值对于〇1。值、D5。值、D9。值W及D9。和D1。值之 间的差值相对于颗粒的百分比和体积百分比二者是有效的。
[0095] 对于组合物(例如电极材料),其除了本发明的裡过渡金属憐酸盐之外还包含另 外的组分,特别是对于含碳组合物和电极配制物来说,上面的光散射方法会得出使人误解 的解释:裡-过渡金属憐酸盐二次聚集体可W在分散体中形成另外的和更大的聚集体。但 是,本发明材料的二次颗粒粒度分布可W如下使用SEM照片,对运样的组合物进行直接测 定:
[0096] 将少量粉末样品悬浮在3ml丙酬中,并且用超声波分散30秒。其后立即将几滴该 悬浮液滴到扫描电镜(SEM)的样品板上。测量该悬浮液的固体浓度和滴数,W使得粉末颗 粒的大的单层形成在载体上,W防止该粉末颗粒彼此遮挡。所述滴必须快速添加,然后颗粒 可W作为沉降的结果通过尺寸分离。在空气中干燥之后,将该样品置于SEM的测量室中。在 本例子中,运是LEO1530设备,其用场发射电极在1. 5kV激励电压,30μπι孔,SE2检测器和 3-4mm工作距离来运行。对样品的至少20个无规分区放大(放大倍数20, 000)进行拍照。 将它们每个与插入的放大刻度一起印刷到DINA4纸上。在至少20张纸的每个上,如果可 能,随机选择至少10个本发明材料游离的的可见颗粒(粉末颗粒由其与含碳材料一起形 成),其中本发明材料的
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