电池复合材料及其前驱物的制备方法技术

一种电池复合材料的制备方法，包括步骤：提供磷酸、第一金属源、第二金属源以及水(S100)；以第一金属源、第二金属源、磷酸与水进行反应，以生成第一生成物(S200)；煅烧第一生成物以生成第一前驱物或第二前驱物(S300)，其中第一前驱物及第二前驱物为包含第一金属及第二金属的固溶体；以及以第一前驱物或第二前驱物与第一反应物进行反应，再煅烧反应的混合物，以生成电池复合材料(S400)。因此，可使电池产品具有两种稳定的氧化还原充放电平台，可有效提高产品的稳定性以及电性表现。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电池复合材料及其前驱物的制备方法
本专利技术关于一种制备方法，尤指一种电池复合材料及其前驱物的制备方法。
技术介绍
由于全球能源的持续短缺，造成石油价格高居不下，以及近年来环保意识逐渐抬头，因此目前相关产业最关心的议题莫过于如何提供环保、干净又不失效能的能源。在各种替代性的能源中，化学电池是目前业界积极研发的技术。随着相关产业持续投入研发，不但使电池的技术不断精进、提升，同时也广泛地应用于日常生活，例如消费性电子产品、医疗器材、电动脚踏车、电动机车、电动汽车以及电动巴士等。其中，又以磷酸锂盐(LiMPO4，其中M可为任何金属例如：铁、钴、锰等)复合材料电池，因为不会有爆炸的危险，且具有大电流、循环寿命长等优点，故广为市场所接受，以取代铅酸、镍氢、镍镉等低功率、高污染的传统电池。经过多年研发，更开发出了纳米金属氧化物共晶体化磷酸锂盐化合物(LMP-NCO)电池，其通过含有锂、磷与金属的前驱物所形成的单一不可分割化合物，并且是一种非掺杂也非涂布型态的材料，可大幅改善传统磷酸锂盐材料导电率较低及杂质多的问题，且价格较传统磷酸锂盐材料便宜，具有较佳的市场竞争力，遂成为目前市场的主流。然而，目前应用于纳米金属氧化物共晶体化磷酸锂盐化合物的制备方法及其制成的电池复合材料，主要以磷酸锂铁或磷酸锂锰为大宗，其于制造过程中需经多次氧化还原反应，造成制程稳定性不足以及使制程难度提高，且化合物之间易发生团聚效应，使得产品尺寸无法满足实际需求，且连带造成电池的电性表现不佳。因此，如何改善上述现有技术的缺陷，提升产品质量及电性表现、降低制程难度并增进制程稳定性，实为目前迫切需要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的主要目的为提供一种电池复合材料及其前驱物的制备方法，俾解决现有电池的制程稳定性不足、制程难度高以及产品尺寸无法满足实际需求而导致电池的电性表现不佳等缺点。本专利技术的另一目的在于提供一种电池复合材料及其前驱物的制备方法，通过反应产生的前驱物来制备电池复合材料，可有效减少氧化还原反应的次数以增进制程稳定性，进而降低制程难度。本专利技术的另一目的在于提供一种电池复合材料及其前驱物的制备方法，通过制备包含第一金属及第二金属的固溶体作为前驱物，以最终反应生成电池复合材料，可使电池复合材料及以该电池复合材料制成的电池产品具有两种稳定的氧化还原充放电平台，可有效提高产品的稳定性以及电性表现。为达上述目的，本专利技术的一较广实施方式为提供一种电池复合材料的制备方法，至少包括步骤：(a)提供磷酸、第一金属源、第二金属源以及水，该磷酸的化学式为H3PO4；(b)以该第一金属源、该第二金属源、该磷酸与该水进行反应，以生成第一生成物；(c)煅烧该第一生成物以生成第一前驱物或第二前驱物，其中该第一前驱物及该第二前驱物为包含第一金属及第二金属的固溶体；以及(d)以该第一前驱物或该第二前驱物与至少该第一反应物进行反应，再煅烧反应的混合物，以生成该电池复合材料。为达上述目的，本专利技术的另一较广实施方式为提供一种电池复合材料前驱物的制备方法，至少包括步骤：以在溶液中释放磷酸根离子的化合物与第一金属及第二金属进行反应，以生成第一生成物；以及热处理该第一生成物以生成前驱物，该前驱物为包含该第一金属及该第二金属的固溶体。为达上述目的，本专利技术的另一较广实施方式为提供一种电池复合材料的制备方法，至少包括步骤：以(MnxFe1-x)2P2O7为前驱物，并以该前驱物与至少第一反应物进行反应，再煅烧反应的混合物，以生成电池复合材料，其中该电池复合材料为磷酸锂铁锰或纳米金属氧化物共晶体化磷酸锂铁锰化合物，其中该磷酸锂铁锰的化学式为LiMnxFe1-xPO4，且x大于0。附图说明图1为本专利技术较佳实施例的电池复合材料的制备方法流程图。图2为本专利技术电池复合材料的制备方法的一细部流程图。图3为本专利技术电池复合材料的制备方法的另一细部流程图。图4为本专利技术电池复合材料的制备方法的又一细部流程图。图5A为以本专利技术电池复合材料的制备方法于大气中制备的前驱物的X光衍射分析图。图5B为以本专利技术电池复合材料的制备方法于保护气氛中制备的前驱物的X光衍射分析图。图6A为以本专利技术电池复合材料的制备方法以第一前驱物制备的电池复合材料成品的X光衍射分析图。图6B为以本专利技术电池复合材料的制备方法以第二前驱物制备的电池复合材料成品的X光衍射分析图。图7A为以本专利技术电池复合材料的制备方法制备的一电池复合材料成品制成的钮扣型电池的充放电性图。图7B为以本专利技术电池复合材料的制备方法制备的另一电池复合材料成品制成的钮扣型电池的充放电性图。图7C为以本专利技术电池复合材料的制备方法制备的又一电池复合材料成品制成的钮扣型电池的充放电性图。图7D为以本专利技术电池复合材料的制备方法制备的再一电池复合材料成品制成的钮扣型电池的充放电性图。图8为以本专利技术电池复合材料前驱物的制备方法制得的前驱物成品的透射电子显微镜分析图。图9为以本专利技术电池复合材料前驱物的制备方法制得的前驱物成品的能谱仪分析图。图10A及图10B为以本专利技术电池复合材料的制备方法以第一前驱物进一步制成的电池复合材料成品的透射电子显微镜分析图。图11A及图11B为以本专利技术电池复合材料的制备方法以第二前驱物进一步制成的电池复合材料成品的透射电子显微镜分析图。【符号说明】S100、S200、S300、S400：步骤S201、S202：步骤S301、S302：步骤S401、S402、S403：步骤具体实施方式体现本专利技术特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本专利技术能够在不同的方式上具有各种的变化，其皆不脱离本专利技术的范围，且其中的说明及图示在本质上当作说明之用，而非架构于限制本专利技术。请参阅图1，其为本专利技术较佳实施例的电池复合材料的制备方法流程图。如图1所示，本专利技术电池复合材料的制备方法包括步骤如下：首先，如步骤S100所示，提供磷酸、第一金属源、第二金属源以及水，其中磷酸的化学式为H3PO4。于一些实施例中，第一金属源及第二金属源分别选自铁源、锰源、钴源或镍源的至少其中之一，且以第一金属源及第二金属源分别为铁源及锰源为较佳。第一反应物可为碳酸锂(化学式为Li2CO3)或其他带有锂原子的化合物，或多种含锂化合物的混合物，但不以此为限。其次，如步骤S200所示，以第一金属源、第二金属源、磷酸与水进行反应，以生成第一生成物，且根据本专利技术的构想，步骤S200较佳以二步骤进行，请同时参阅图2，其为本专利技术电池复合材料的制备方法的一细部流程图。如图1及图2所示，步骤S200的细部流程的第一步骤如步骤S201所示，以第一定量的水混合第二定量的第一金属源及第三定量的磷酸，以生成第一溶液；第二步骤如步骤S202所示，以第一溶液与第二金属源进行反应，并放置至少一第一时间。其中，第一时间可为例如但不限于8小时，且于第二定量及第三定量中，第一金属及磷的当量数比为1比1，亦即通过调整第二定量及第三定量的配比，可使第一金属与磷具有相同当量数，以使后续步骤中得以充分反应，以确实生成第一生成物，但不以此为限。此外，根据本专利技术的构思，第一生成物亦可以其他于混合后在溶液中释放磷酸根离子的化合物与第一金属及第二金属进行反应而得，然亦不以此为限。然后，如步骤S300所示，煅烧自步骤S200中取得的第一生成本文档来自技高网...

【技术保护点】
PCT国内申请，权利要求书已公开。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.05.08 US 61/820,9351.一种电池复合材料的制备方法，至少包括步骤：(a)提供磷酸、第一金属源、第二金属源以及水，该磷酸的化学式为H3PO4；(b)以该第一金属源、该第二金属源、该磷酸与该水进行反应，以生成第一生成物，其中该第一金属源为铁源，且该第二金属源为锰源，且该步骤(b)还包括步骤：(b1)以第一定量的该水混合第二定量的该第一金属源以及第三定量的该磷酸，以生成一第一溶液，其中该第二定量及该第三定量中，铁及磷的当量数比为1比1；以及(b2)以该第一溶液与该第二金属源进行反应，并放置至少一第一时间，以生成该第一生成物，其中该第一时间为8小时；(c)煅烧该第一生成物以生成第一前驱物或第二前驱物，其中该第一前驱物及该第二前驱物为包含第一金属及第二金属的固溶体，且该第一前驱物及该第二前驱物的化学式为(MnxFe1-x)2P2O7；以及(d)以该第一前驱物或该第二前驱物与至少第一反应物进行反应，再煅烧反应的混合物，以生成该电池复合材料，其中该第一反应物为带有锂原子的化合物。2.如权利要求1所述的电池复合材料的制备方法，其中该第一反应物为氢氧化锂，化...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢瀚纬，林翔斌，洪辰宗，
申请(专利权)人：台湾立凯电能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71