用于制备锂复合过渡金属氧化物的装置、使用其制备的锂复合过渡金属氧化物以及制备...的制作方法_3

文档序号:8490922阅读:来源:国知局
等。可以在粒子的高温煅烧期间使用烧结助剂从而降低煅烧温度或增大烧结密度,其实例包括但不限于金属氧化物诸如氧化铝、B2O3和MgO、其前体,以及锂化合物诸如LiF、Li0H和LiC03。掺杂剂和涂布剂用来涂布具有金属氧化物超细粒子的电极活性材料晶体的外表面,从而当在电池中使用时增强烧结材料的耐久性,其实例包括但不限于金属氧化物诸如氧化铝、氧化锆、二氧化钛和氧化镁及其前体。
[0062]还原剂或氧化剂可用于将各步骤的气氛控制为还原或氧化气氛。还原剂可以为例如肼、草酸、蔗糖、果糖、抗坏血酸(维他命C)、氢气、碳、碳氢化合物、其混合物等。氧化剂可以为例如氧气、过氧化氢、臭氧、其混合物等。酸以诸如磷酸化合物、硫酸化合物等的反应物的形式进行使用且可以例如为磷酸、硫酸、其混合物等。可以将碳和碳前体涂布在所制备的材料表面上以增加所制备的材料的导电性或以提供还原气氛,特别地,碳和碳前体有用于具有橄榄石型晶体结构的锂复合过渡金属氧化物。锂化合物可以参与在煅烧过程期间的反应从而增大锂复合过渡金属氧化物中锂的含量,且可以例如为诸如LiF、Li0H、LiN03、LiCO3等的锂化合物。
[0063]本发明还提供通过使用上述装置、使用上述方法制备的锂复合过渡金属氧化物。
[0064]在【具体实施方式】中,可以根据本发明提供的锂复合过渡金属氧化物可以为由下式I?4表示的任一种化合物,特别是LiFePO4,但本发明的实施方式不限制于此。
[0065]〈式1>
[0066]Li1+A-xCx02_bXb(-0.5 彡 a 彡 +0.5,O 彡 b 彡 +0.1,O 彡 x 彡 +0.1)
[0067]〈式2>
[0068]Li1+aAxB2_x_yCy04_bXb(—0.5 彡 a 彡 +0.5,O 彡 b 彡 +0.1,O 彡 x 彡 +2,O 彡 y 彡 +0.1)
[0069]〈式3>
[0070]Li1+A_xCx(Y04_bXb) (-0.5 彡 a 彡 +0.5,O 彡 b 彡 +0.1,O 彡 X 彡 +0.1)
[0071]〈式4>
[0072]Li1+aA2_xCx (Y04_bXb) 3 (-0.5 彡 a 彡 +0.5,O 彡 b 彡 +0.1,O 彡 x 彡 +0.1)
[0073]其中,A为选自具有六配位结构的过渡金属中的至少一种元素;
[0074]B为选自具有四配位结构的过渡金属中的至少一种元素;
[0075]C为选自碱土金属和3B族元素中的至少一种元素;
[0076]X为选自5B族、6B族和7B族元素中的至少一种元素;以及
[0077]Y为选自具有四配位结构的类金属或金属中的至少一种元素。
[0078]在根据本发明的锂复合过渡金属氧化物中,元素的混合是容易的,因此易于用其它元素取代各元素以及向其中添加其它元素以增强电化学性质。例如,可以用痕量的其它碱土金属和3B族元素对在式I?4的化合物中的过渡金属位点进行掺杂。另外,可以容易地用选自具有强电子亲和性的5B族、6B族和7B族元素取代在式I?4的化合物中的氧位点。
[0079]对于过渡金属,具有六配位结构的过渡金属通常是稳定的,但在诸如上式2的尖晶石结构中,过渡金属可以具有四配位和六配位结构。因此,在【具体实施方式】中,在上式I中,具有六配位结构的A可以为选自N1、Co和Mn中的至少一种元素。在上式2中,具有四配位结构的B或具有六配位结构的A可以为选自N1、Co和Mn中的至少一种元素。另外,在上式3或4中,具有六配位结构的A可以为选自Fe、Mn、Co、Ni和V中的至少一种元素,且具有四配位结构的Y可以为选自P、T1、V和Si中的一种元素。
[0080]另外,在【具体实施方式】中,在上式I?4中,C可以为选自Al、Mg和Ti中的元素,且X可以为F、S或N。
[0081]在上式I?4中,a可以满足以下条件:-0.5 SaS+0.5。当a小于-0.5时,结晶度不足。另一方面,当a超过0.5时,存在过量的锂且由此形成导致电池性能和稳定性劣化的杂质诸如Li2CO3等。
[0082]本发明还提供包含锂复合过渡金属氧化物作为正极活性材料的正极和包含其的锂二次电池。
[0083]正极可以通过例如如下制作:将包含锂复合过渡金属氧化物的正极活性材料、导电材料和粘合剂的混合物涂布在正极集电器上,且对涂布的正极集电器进行干燥。根据需要,混合物可以还包含填料。
[0084]锂二次电池可以包含正极、负极、隔膜和含有锂盐的非水电解质,并且可以通过使用本领域中通常已知的方法,将多孔隔膜插入正极与负极之间且将电解质注入其中而制造。
[0085]可以包含在正极、负极、隔膜和电解质中的材料是本领域中已知的,其公开内容通过参考并入本文中,因此本文中将省略对其的详细说明。
【附图说明】
[0086]图1为常规超临界装置的侧视图;
[0087]图2为根据本发明实施方式的装置的侧视图;
[0088]图3为说明在所述装置的第一混合器的旋转反应空间中生成的环状涡对和反应流体的流型的图。
【具体实施方式】
[0089]现在将参考以下实施例对本发明进行更详细的描述。这些实施例仅为了说明本发明而提供,不应解释为对本发明的范围和主旨的限制。
[0090]图2为根据本发明实施方式的装置的侧视图。图3为说明在图2的装置的第一混合器的旋转反应空间中生成的环状涡对和反应流体的流型的图。
[0091]参照图2,用于通过使用超临界水或亚临界水制备锂二次电池用锂复合过渡金属氧化物的装置主要包括第一混合器100和第二混合器200。
[0092]第一混合器100包含中空的固定圆筒110和旋转圆筒120,旋转圆筒120设置在中空的固定圆筒110中、具有与固定圆筒110的旋转轴相同的旋转轴且具有比固定圆筒110的内径(2Xrl)小的外径(2Xr2)。旋转反应空间在固定圆筒110与旋转圆筒120间形成,且固定圆筒110具有通过其将原料引入旋转反应空间的第一入口 140和141以及排出反应流体的第一出口 150。固定圆筒110在其侧面处设置有电机130,所述电机130生成用于旋转圆筒120旋转的电力。
[0093]旋转反应空间的有效体积由固定圆筒110与旋转圆筒120间的距离d对旋转圆筒120的外径r2的比率(d/r2)确定。
[0094]参照图2和3,当通过由电机130生成的电力使旋转圆筒120旋转且由此达到临界雷诺数时,通过第一入口 140和141引入旋转反应空间的原料的反应流体通过从旋转圆筒120朝固定圆筒110施加的离心力变得不稳定,结果,沿旋转轴以相反方向旋转的环状涡对160周期性地排列在旋转反应空间中。
[0095]环状涡对160在重力方向的长度几乎与固定圆筒110与旋转圆筒120间的距离d相同。
[0096]可以通过密封件诸如O型环对旋转轴的外部进行密封从而在旋转圆筒120旋转时防止空气被吸入旋转轴与轴承间的间隙。
[0097]再次参照图2,通过第一出口 150将由第一混合器100的涡对160混合的反应流体排出,且通过经管连接至第一出口 150的第二入口 212将反应流体引入第二混合器200中。
[0098]第二混合器200包含通过其引入反应流体和超临界或亚临界水的第二入口 210、211和212以及排出制备的锂复合过渡金属氧化物的第二出口 230。就这一点而言,在第二入口 210、211和212中,在通过其引入反应流体的入口 212的对侧形成通过其引入超临界或亚临界水的入口 210、211。除这些特征外,第二混合器200具有与图1的常规超临界装置的主混合器2的结构几乎相同的结构。
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