改進的碳沉積的堿金屬氧陰離子電極材料及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及電極材料領(lǐng)域，更具體地涉及一種碳沉積的堿金屬氧陰離子電極材料及其制備方法。更特別地，所述制備碳沉積的堿金屬氧陰離子電極材料的方法包括在足以導(dǎo)致堿金屬氧陰離子電極材料的前體團聚成強團聚體的能量下的所述前體的干式研磨步驟；和包括使有機源熱解以獲得所述碳沉積的堿金屬氧陰離子電極材料的加熱步驟。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】改進的碳沉積的堿金屬氧陰離子電極材料及其制備方法專利技術(shù)背景1.專利
本專利技術(shù)涉及電極材料領(lǐng)域，更具體地涉及一種碳沉積的堿金屬氧陰離子電極材料以及涉及其制備方法。2.相關(guān)技術(shù)的描述一些用作陰極材料的堿金屬氧陰離子顯示出不期望的低電子電導(dǎo)率。已采用在材料表面上形成碳沉積物而實現(xiàn)了對這些堿金屬氧陰離子材料如堿金屬磷酸鹽中的一些的低電子電導(dǎo)率問題的一種顯著改進。Ravet提出使用在陰極材料或其前體上熱解且由此形成碳沉積物的有機碳前體以改進在陰極顆粒水平下的電場。[參見例如US6,855,273、US6,962,666、US7,344,659、US7,815,819、US7,285,260、US7,457,018、US7,601,318、US8,173,049、US2011/210293、WO02/27823和WO02/27824)]。在碳沉積的鋰鐵磷酸鹽(稱為C-LiFePO4)的特定情況下，已提出若干種通過在LiFePO4上熱解碳前體或者通過同時使鋰、鐵、PO4源與碳前體同時反應(yīng)而生產(chǎn)該材料的方法。例如，WO02/027823和WO02/027824描述了固態(tài)熱方法，其能通過如下反應(yīng)合成C-LiFePO4：Fe(III)PO4+1/2Li2CO3+碳前體→C-LiFe(II)PO4其中所述碳前體為通過熱解形成碳沉積物且同時產(chǎn)生有效還原鐵(III)的還原性氣體的有機材料。以工業(yè)規(guī)模實施該方法帶來一些挑戰(zhàn)，這是因為最終產(chǎn)物的性質(zhì)可隨批料而顯著變化。所述方法涉及許多同時發(fā)生的化學(xué)、電化學(xué)、氣相、氣體-固體反應(yīng)，燒結(jié)和碳沉積。因此，具有碳沉積物的堿金屬氧陰離子電極材料的電化學(xué)性能取決于許多參數(shù)，如表面性質(zhì)、潤濕性、表面積、孔隙率、粒度分布、水含量、晶體結(jié)構(gòu)以及原料化學(xué)性質(zhì)、反應(yīng)器進料速率、氣體的流動等。在反應(yīng)期間難以以非常精確的方式控制所有這些性質(zhì)，這導(dǎo)致不期望的陰極材料性質(zhì)，尤其是電化學(xué)容量(mAh/g)的波動。專利技術(shù)簡述在一個寬泛的方面，本專利技術(shù)涉及一種碳沉積的堿金屬氧陰離子電極材料及其制備方法。在另一方面中，本專利技術(shù)涉及一種制備碳沉積的堿金屬氧陰離子電極材料的方法，所述方法包括在足以獲得前體的強團聚體(strongagglomerates)的能量下的所述前體的干式研磨步驟。然后使經(jīng)研磨的前體經(jīng)受熱處理以獲得所述碳沉積的堿金屬氧陰離子電極材料。在又一方面中，本專利技術(shù)涉及一種制備碳沉積的堿金屬氧陰離子電極材料的方法，所述方法包括干式高能研磨前體的步驟。然后使經(jīng)研磨的前體經(jīng)受熱處理以獲得所述碳沉積的堿金屬氧陰離子電極材料。在一種非限制性實施方案中，本文所述的干式高能研磨步驟為干式高能球磨步驟。在又一方面中，本專利技術(shù)涉及一種制備碳沉積的堿金屬氧陰離子電極材料的方法，其包括在足以獲得前體的強團聚體的能量下的所述前體的干式研磨步驟，其中所述前體包含金屬源。任選地，所述方法包括在熱處理中將所述金屬源的至少一種金屬離子的氧化態(tài)還原，而不徹底還原至單質(zhì)態(tài)。完成所述反應(yīng)以獲得所述碳沉積的堿金屬氧陰離子電極材料。在又一方面中，本專利技術(shù)涉及一種制備碳沉積的堿金屬氧陰離子電極材料的方法，其包括前體的干式高能研磨步驟，其中所述前體包含金屬源。任選地，所述方法包括在熱處理中將所述金屬源的至少一種金屬離子的氧化態(tài)還原，而不徹底還原至單質(zhì)態(tài)。完成所述反應(yīng)以獲得所述碳沉積的堿金屬氧陰離子電極材料。在再一方面中，本專利技術(shù)涉及一種制備碳沉積的堿金屬氧陰離子電極材料的方法，其包括在足以獲得前體的強團聚體的能量下的所述前體的干式研磨步驟，其中所述前體包含F(xiàn)e(II)源。然后將所述前體熱處理以獲得所述碳沉積的堿金屬氧陰離子電極材料。在再一方面中，本專利技術(shù)涉及一種制備碳沉積的堿金屬氧陰離子電極材料的方法，其包括在足以獲得前體的強團聚體的能量下的所述前體的干式研磨步驟，其中所述前體包含F(xiàn)e(III)源。然后，在熱處理中將所述Fe(III)還原成Fe(II)，而不徹底還原至單質(zhì)態(tài)。完成所述反應(yīng)以獲得所述碳沉積的堿金屬氧陰離子電極材料。在再一方面中，本專利技術(shù)涉及一種制備碳沉積的堿金屬氧陰離子電極材料的方法，其包括在足以獲得前體的強團聚體的能量下的所述前體的干式研磨的步驟，其中所述前體包含金屬源和還原劑源。然后，在熱處理中將所述金屬源中的至少一種金屬離子的氧化態(tài)還原，而不徹底還原至單質(zhì)態(tài)。完成所述反應(yīng)以獲得所述碳沉積的堿金屬氧陰離子電極材料。在再一方面中，本專利技術(shù)涉及一種制備碳沉積的堿金屬氧陰離子電極材料的方法，其包括在足以獲得前體的強團聚體的能量下的所述前體的干式研磨步驟，其中所述前體包含F(xiàn)e(III)源和還原劑源。然后，在熱處理中將所述Fe(III)還原成Fe(II)，而不徹底還原至單質(zhì)態(tài)。完成所述反應(yīng)以獲得所述碳沉積的堿金屬氧陰離子電極材料。在另一方面中，本專利技術(shù)涉及一種制備碳沉積的堿金屬氧陰離子電極材料的方法，其包括在足以獲得前體的強團聚體的能量下的所述前體的干式研磨步驟，其中所述前體包含金屬源。然后，在熱處理中在還原劑存在下將所述金屬源的至少一種金屬離子的氧化態(tài)還原，而不徹底還原至單質(zhì)態(tài)。完成所述反應(yīng)以獲得所述碳沉積的堿金屬氧陰離子電極材料。在另一方面中，本專利技術(shù)涉及一種制備碳沉積的堿金屬氧陰離子電極材料的方法，其包括所述前體的干式高能研磨步驟，其中所述前體包含F(xiàn)e(III)源。然后，在熱處理中在還原劑存在下將所述Fe(III)還原成Fe(II)，而不徹底還原至單質(zhì)態(tài)。完成所述反應(yīng)以獲得所述碳沉積的堿金屬氧陰離子電極材料。在一種非限制性實施方案中，本文所述的金屬源包括具有相同或不同價態(tài)的金屬的混合物。在一種非限制性實施方案中，本文所述的金屬源包括Fe源和Mn源的混合物。例如，F(xiàn)e(III)與Mn(III)的混合物、Fe(III)與Fe(II)的混合物、Fe(III)與Mn(II)的混合物、Fe(II)與Mn(III)的混合物，或其任意組合。在再一方面中，本專利技術(shù)涉及一種制備碳沉積的堿金屬氧陰離子電極材料的方法，其包括在足以獲得前體的強團聚體的能量下的所述前體的干式研磨步驟，其中所述前體包含金屬源。然后將所述前體熱處理以獲得所述碳沉積的堿金屬氧陰離子電極材料。在一種非限制性實施方案中，本文所述的在足以獲得前體的強團聚體的能量下的所述前體的干式研磨步驟在空氣中進行。在一種非限制性實施方案中，所述在足以獲得前體的強團聚體的能量下的所述前體的干式研磨步驟和/或加熱步驟在非氧化性或惰性氣體，例如但不限于N2、氬氣或真空中進行。不需要參與所述還原或者防止將所述前體中的至少一種金屬的氧化態(tài)氧化，而不徹底還原至單質(zhì)態(tài)的還原性氣氛，盡管需要的話也可使用。在一種非限制性實施方案中，本文所述的有機源是，但不限于固態(tài)、半固態(tài)、液態(tài)或蠟狀烴，包括其衍生物(如其上連接有任意官能團或包含雜原子的烴)，或固態(tài)、半固態(tài)、液態(tài)或蠟狀含碳產(chǎn)品此。在一種非限制性實施方案中，本文所述的還原劑源是，但不限于固態(tài)、半固態(tài)、液態(tài)或蠟狀烴，包括其衍生物(如其上連接有任意官能團或包含雜原子的烴)，或固態(tài)、半固態(tài)、液態(tài)或蠟狀含碳產(chǎn)品，其參與或產(chǎn)生化合物，所述化合物參與所述還原或者防止將所述前體中的至少一種金屬的氧化態(tài)氧化，而不徹底還原至單質(zhì)態(tài)。在一種非限制性實施方案中，本文所述的還原劑是，但不限于參與所述還原或者防止將本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種制備碳沉積的堿金屬氧陰離子電極材料的方法，所述方法包括：在足以導(dǎo)致堿金屬氧陰離子電極材料的前體團聚成強團聚體的能量下的所述前體的干式研磨的步驟；和加熱步驟，包括使有機源熱解以獲得所述碳沉積的堿金屬氧陰離子電極材料。

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】2011.06.22 US 61/500,0161.一種制備碳沉積的堿金屬氧陰離子電極材料的方法，所述方法包括：在足以導(dǎo)致堿金屬氧陰離子電極材料的前體團聚成強團聚體的能量下的所述前體的干式研磨的步驟；和加熱步驟，包括使有機源熱解以獲得所述碳沉積的堿金屬氧陰離子電極材料，其中所述強團聚體具有50μm-500μm的D90尺寸，所述強團聚體為其中顆粒由強內(nèi)聚力保持在一起的團聚體。2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述研磨步驟為高能球磨步驟。3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述前體包含金屬源，且所述金屬源的至少一種金屬離子的氧化態(tài)在加熱下還原，但不徹底還原至單質(zhì)態(tài)。4.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述前體包含F(xiàn)e(III)源，且所述加熱步驟包括還原步驟以將所述Fe(III)還原成Fe(II)，但不徹底還原至單質(zhì)態(tài)。5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中所述有機源為還原劑源。6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中所述還原劑源為固態(tài)、半固態(tài)或液態(tài)的烴或其衍生物或含碳產(chǎn)物。7.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中所述還原劑源為蠟狀的烴或其衍生物或含碳產(chǎn)物。8.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中所述還原步驟在還原性氣氛存在下進行。9.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中所述Fe(III)源包括水合或未水合的M'PO4化合物，其中M'包括Fe(III)，其任選具有碳沉積物。10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述前體進一步包含Li2CO3。11.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述前體包含F(xiàn)e(II)源。12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中所述Fe(II)源包括M"2...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：梁國憲，C·米紹，J·杜弗，
申請(專利權(quán))人：科萊恩加拿大股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：加拿大;CA