磷酸锂电极活性材料前体的制造方法与产物技术

一种电极活性材料前体的制造方法，该法包括：ａ）制造包含具有第一平均粒径的磷酸氢锂颗粒和具有第二平均粒径的金属氢氧化物颗粒的混合物；和ｂ）在射流粉碎机中粉碎所述混合物，持续的时间适合产生基本均匀的颗粒混合物，该颗粒具有小于所述第一平均粒径的第三平均粒径。前体可作为制造电池中使用的电极活性材料的原料使用，该原料包括锂、过渡金属和磷酸根或类似的阴离子。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及电极材料尤其是锂电池组的电极活性材料的前体的制造方法。
技术介绍
本领域已知有各种各样的电化学电池或者“电池组”。一般说来，电池组是借助于电化学氧化-还原反应把化学能转化成电能的装置。电池组可用于各种用途中，尤其用于不能通过中央供电系统供电的装置中(例如，利用输电线通过商用电厂供电)。电池组通常包含三个部分阳极，其含有在电池放电过程中(即，提供能量时)被氧化(产生电子)的材料；阴极，其含有在电池放电过程中被还原(接受电子)的材料；以及保证离子在阴极和阳极之间传递的电解质。在放电过程中，阳极是电池的负极，而阴极是正极。更具体地说，电池组的特点在于，这三个部分中的每一个均由特殊的材料构成。这些部分的选择使能生产出对于特殊的应用具有最佳的特定电压和放电特性的电池组。含锂和钠的电池组能给出许多潜在的益处，因为这些金属重量轻，同时具有高的标准电位。由于多种原因，尤其由于高能量密度、高电池电压和长的贮藏寿命，锂电池组在商业上尤其具有吸引力。锂电池组一般是由一种或多种含电化学活性(电活性)材料的锂电化学电池构成的。这种具有金属锂阳极和金属硫族化物(氧化物)阴极的电池组，通常被称作“锂金属”电池组。电解质通常含有溶解于一种或多种溶剂，通常是非水非质子有机溶剂的锂盐。其它的电解质是固体电解质(典型的是聚合物基质)，它含有离子导电性介质(典型的是含有溶于有机溶剂中的锂盐)与本身是离子导电又是电绝缘的聚合物。使用“插入阳极”而不是锂金属的锂电池，通常被称为“锂离子”电池。插入或“嵌入”电极含有离子能插入而随后抽出的点阵结构的材料。不是通过化学变换嵌入的材料，离子轻微地扩大了化合物的内部点阵长度，而没有使键断裂或原子重组。插入阳极含有，例如，锂金属硫族化物、锂金属氧化物或碳材料如焦炭和石墨。这些负极与含锂的插入阴极一起使用。在其初始条件下，因为阳极不含阳离子供源，电池没被充电。因此，使用前，这样的电池必须充电，为的是使阳离子(锂)从阴极转移至阳极。在放电过程中，锂从阳极反向转移至阴极。在随后的再次充电过程中，锂再次反向转移至阳极，使锂再次插入。在充电和放电循环过程中，锂离子(Li+)在阳极和阴极之间的往返传送，产生被称为“摇椅”电池组的那些电池。对于用作锂电池组中的阴极活性材料已提出了多种。这些材料包括，例如，MoS2、MnO2、TiS2、NbSe3、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、V6O13、V2O5、SO2CuCl2。过渡金属氧化物如通式LiXMYOZ表示的那些，也属于具有嵌入电极的电池组中优选的材料。其它材料包括锂过渡金属磷酸盐，如LiFePO4和Li3V2(PO4)3。这些具有与橄榄石或NASICON材料类似结构的材料处于已知技术材料中。过渡金属磷酸盐活性材料通常是在固态反应中合成的。把颗粒状原料混合，产生颗粒紧密的混合物。当加热进行反应时，固体颗粒借助于活性材料扩散进、出混合物中的各种颗粒所通过各种表面反应彼此相互发生反应。一般说来，这样的阴极材料必须显示与锂反应的高自由能，能插入大量的锂，在锂插入和抽出时保持其点阵结构，允许锂快速扩散，赋予良好的导电性，在电池的电解质体系中不显著溶解，以及能快速并经济地生产。但是，现有技术中有许多阴极材料缺少一种或多种这样的特性。此外，这些材料的制备方法对这些特性中的一种或多种也有影响。专利技术概述本专利技术提供一种均匀且粉碎成细粉的电极活性材料前体的制造方法。该方法包括a)制备包含具有第一平均粒径的通式LixH3-xPO4的磷酸氢锂颗粒和具有第二平均粒径的金属氢氧化物颗粒的混合物；和b)在射流粉碎机(jet mill)中粉碎所述混合物持续一段时间，使得生成基本均匀的颗粒混合物，所述颗粒具有小于所述第一平均粒径的第三平均粒径。在另一个实施方案中，制成包含其平均粒径显著小于起始平均粒径的磷酸氢锂颗粒的电活性材料前体。首先，通过制备包含通式LixH3-xPO4的第一平均粒径的磷酸氢锂，和具有第二平均粒径的金属氢氧化物的混合物，接着，在射流粉碎机中粉碎该混合物，产生基本均匀的具有小于第一平均粒径的第三平均粒径的混合物，制成电活性材料前体。本专利技术还提供生产具有下式的电极活性材料的制备方法AaMb(XY4)cZd其中(i)A选自如下组成的组Li、Na、K及其混合物，并且0＜a≤9；(ii)M是一种或多种金属，包括至少一种能被氧化成高价态的金属，并且1≤b≤3；(iii)XY4选自如下组成的组X’O4-xY’x、X’O4-yY’2y及其混合物，以及上述混合物与X”S4的混合物，其中X’是P或P与选自如下组成的组中的一种组成所构成的混合物As、Sb、Si、Ge、V、S及其混合物；X”是P或P与选自如下组成的组中的一种组成所构成的混合物As、Sb、Si、Ge、V及其混合物；Y’选自如下组成的组卤素、S、N及其混合物；0≤x＜3；和0＜y≤2；以及0＜c≤3；(iv)Z是OH、卤素或其混合物，并且0≤d≤6；和(v)选择M、XY4、Z、a、b、c、d、x和y，以保持所述化合物的电中性。在这些方法中，制造一种混合物，其含有具有第一平均粒径的通式LixH3-xPO4表示的磷酸氢锂和具有第二平均粒径的金属氢氧化物的第一混合物。优选的是，所述第一平均粒径大于所述第二平均粒径约70～110倍。然后，把第一混合物在射流粉碎中粉碎。然后，通过混合第一混合物、含金属氧化物的第二组化合物以及碳供源而得到第二混合物。最后，加热第二混合物，使第二混合物进行反应，从而制成电活性材料。现已发现，本专利技术的方法能使生产电极活性材料的材料能有效且充分地反应。本专利技术的实施方案给出许多优点，包括一种或多种改进的可加工性、降低成本、操作方便以及使用这种前体所制造的材料的性能得到改进。根据本专利技术的详细说明，具体的优点和本专利技术的实施方案就清楚了。然而，应当理解，详细的说明和具体和在优选范围内说明的实施方案、实施例，仅是用来举例说明而并非用来限制本专利技术的范围。附图的简要说明附图说明图1是未经粉碎的磷酸二氢锂颗粒的粒径分布图示。图2是未经粉碎的氢氧化镁颗粒的粒径分布图示。图3是射流粉碎的氢氧化镁和磷酸二氢锂混合物的粒径分布图示。值得注意的是，图1、2和3所列出的曲线是用来说明用于本专利技术方法中的材料通用特性，其目的在于说明本专利技术的实施方案。这些曲线既不能精确地反映任何给出的实施方案的特征，也不是用来定义或限制本专利技术的范围内的具体实施方案。优选实施方案的详细说明本专利技术提供前体和使用该前体制成的用于电池的电极活性材料。特别是，本专利技术提供的是用来生产碱金属电池组的前体的方法。这种前体的通式是AxH3-XPO4，其中A选自如下组成的组Li、Na、K及其混合物，x为约1至约3。A优选包括Li。优选的前体是LixH3-XPO4，在这里称为“磷酸氢锂”。优选的实施方案包括x约为1、x约为2和x约为3的前体。x优选约为1。磷酸氢锂可以从许多来源获得。一种商购来源是由Sigma-Aldrich公司出售的磷酸二氢锂。磷酸氢锂也可以通过碳酸锂(Li2CO3)和磷酸(即，正磷酸，H3PO4)反应制得，其反应机理(1)如下(1)使磷酸氢锂与金属氢氧化物混合。所述金属氢氧化物优选包括周期表第2族的金属的氢氧化物，第2族金属包括Be(铍)、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备电极活性材料前体的方法，该法包括：ａ）制造包含具有第一平均粒径的磷酸氢锂颗粒和具有第二平均粒径的金属氢氧化物颗粒的混合物；和ｂ）在射流粉碎机中粉碎所述混合物持续一段时间，使得产生基本均匀的颗粒混合物，所述颗粒具有小于 所述第一平均粒径的第三平均粒径。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔治亚当森，杰里米巴克，艾伦迪里罗，泰特斯福克纳，耶齐德M赛义迪，杰弗里斯沃耶，
申请(专利权)人：威伦斯技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]