制备锂金属磷酸盐阴极材料的方法技术

一种制备锂金属磷酸盐的方法包括使水溶性金属前体、水不溶性金属前体和磷酸盐前体在酸性水性介质中接触；以形成反应混合物；从该反应混合物中沉淀出金属磷酸盐；收集该金属磷酸盐；将该金属磷酸盐与锂前体组合；以及在升高的温度下煅烧该组合的金属磷酸盐和锂前体，从而形成锂金属磷酸盐；其中水溶性金属前体与水不溶性金属前体的摩尔比为0.5:99.5至99.5:0.5。0.5。0.5。

【技术实现步骤摘要】
制备锂金属磷酸盐阴极材料的方法
[0001]引言
[0002]本公开总体涉及一种用于制备可用于锂离子电池的橄榄石型LiMPO4(M＝Fe、Mn、Co、Ni和混合物)阴极材料的方法。该化学方法预计会利用低成本的生铁、锂和磷酸盐前体材料，从而降低最终LiMPO4阴极材料的总成本，并且因此降低含有此类阴极材料的锂离子电池的总成本。

技术实现思路

[0003]在一方面，一种制备锂金属磷酸盐的方法包括使水溶性金属前体、水不溶性金属前体和磷酸盐前体在酸性水性介质中接触；以形成反应混合物；从该反应混合物中沉淀出金属磷酸盐；收集该金属磷酸盐；将该金属磷酸盐与锂前体组合；以及在升高的温度下煅烧该组合的金属磷酸盐和锂前体，从而形成锂金属磷酸盐；其中水溶性金属前体与水不溶性金属前体的摩尔比为0.5:99.5至99.5:0.5。
附图说明
[0004]图1是根据各种实施方案的制备锂金属磷酸盐的方法的示意性流程图。
[0005]图2是根据各种实施方案的电动车辆的横截面图的图示。
[0006]图3是根据各种实施方案的说明性电池组的绘图。
[0007]图4是根据各种实施方案的说明性电池模块的绘图。
[0008]图5是根据各种实施方案的以说明性横截面图示出说明性电池的绘图。
具体实施方式
[0009]下文中描述了各种实施方案。应当注意，具体实施方案并非旨在作为穷尽描述或作为对本文讨论的更广泛方面的限制。结合特定实施方案描述的一个方面不一定限于该实施方案，而是可在任何其他实施方案下实践。
[0010]如本文所用，“约”将被本领域普通技术人员理解并且在一定程度上将根据其所使用的上下文而改变。如果术语的使用对于本领域普通技术人员来说是不清楚的，则考虑到其所使用的上下文，“约”将意味着该特定术语的最多加减10％。
[0011]除非本文另外指明或上下文明显矛盾，否则术语“一个”和“一种”以及“该”和类似参考物在描述元素的上下文中(尤其是在所附权利要求的上下文中)的使用应被解释为覆盖单数和复数形式两者。除非本文另外指明，否则本文对值的范围的叙述仅旨在用作单独地提及落入该范围内的每个单独值的速记方法，并且每个单独值并入到说明书中，就如同在本文中单独地叙述一样。除非本文另外指明或上下文另外明显矛盾，否则本文描述的所有方法可以任何合适的顺序执行。本文提供的任何和所有示例或示例性语言(例如，“诸如”)的使用仅仅旨在更好地阐明实施方案，并且除非另外说明，否则不限制权利要求的范围。说明书中的语言都不应被解释为指出任何未要求保护的元素是必不可少的。
[0012]具有橄榄石结构的磷酸铁锂LiFePO4可在充电和放电过程期间在锂离子电池的阴
极侧中(脱)嵌入Li
+
离子。已经提出了经由固态合成、水热法和共沉淀工艺制取LiFePO4和掺杂或取代的LiFePO4的若干化学合成工艺。然而，已经观察到了LiFePO4材料的粉末纯度、粒度分布、形态、结晶度和随后的电化学性能的较大变化，并且这些变化取决于合成工艺路径和条件。例如，在固态工艺路径期间会形成杂质二次相，诸如Fe2P、Fe2P2O7、Li4P2O7和/或Li3Fe2(PO4)3等。另外，使用固态合成工艺难以控制和获得均匀的小粒度分布。相比之下，水热工艺更为复杂，并且需要可实现高压，会产生含Li副产物的高压釜反应容器。
[0013]现在已经发现，橄榄石型LiMPO4(M＝Fe、Mn、Co、Ni和混合物)阴极材料可通过在存在酸性水性介质的情况下，由水溶性金属前体、水不溶性金属前体和磷源的组合的水性方法来进行制备。该化学工艺可适于采用包括铁、锂和磷酸盐源的低成本原始前体材料，从而降低LiMPO4、LiFe
x
Mn1‑
x
PO4(0≤x≤1)和LiMnPO4阴极活性材料的成本。
[0014]在一方面，提供了一种用于制备锂金属磷酸盐的方法。该方法包括使水溶性金属前体、水不溶性金属前体和磷酸盐前体在酸性水性介质中接触；以形成反应混合物。从反应混合物中沉淀出金属磷酸盐。然后收集金属磷酸盐，并且将其与锂前体组合，之后将其组合在升高的温度下煅烧，从而形成锂金属磷酸盐。水溶性金属前体与水不溶性金属前体的摩尔比为0.5:99.5至99.5:0.5。
[0015]锂金属磷酸盐是那些可基于铁、锰、钴、镍、或其任两者或更多者的组合的磷酸盐。因此，水不溶性金属前体可包括诸如但不限于以下各项的材料：铁金属(或其纳米粉末)、氧化铁、锰金属(或其纳米粉末)、氧化锰、钴金属(或其纳米粉末)、氧化钴、镍金属(或其纳米粉末)、氧化镍、或其任两者或更多者的混合物。然而，水溶性金属前体可包括诸如金属卤化物(MF
x
、MCl
x
、MBr
x
、MI
x
)、金属硝酸盐(M(NO3)
x
)、金属硫酸盐(M(SO4)
x
)或其水合物形式(
·
xH2O)、其任两者或更多者的混合物的材料。说明性的水溶性金属前体包括但不限于FeCl2、FeCl3、FeCl2·
4H2O、FeCl3·
6H2O、Fe(NO3)3、Fe(NO3)3·
6H2O、Fe(NO3)3·
9H2O、FeSO4、FeSO4·
6H2O、FeSO4·
7H2O、MnCl2、MnCl2·
H2O、MnCl2·
4H2O、MnCl2·
xH2O、Mn(NO3)2、Mn(NO3)2·
xH2O、Mn(NO3)2·
4H2O、MnSO4、MnSO4·
xH2O、MnSO4·
4H2O、NiCl2、NiCl2·
6H2O、Ni(NO3)2、Ni(NO3)2·
6H2O、NiSO4、NiSO4·
6H2O、NiSO4·
7H2O、CoCl2、CoCl2·
xH2O、CoCl2·
6H2O、Co(NO3)2、Co(NO3)2·
6H2O、CoSO4、CoSO4·
xH2O、CoSO4·
7H2O、或其任两者或更多者的混合物。在一些实施方案中，水不溶性金属源可为Fe2O3、Fe3O4、FeO、FeC2O4、FeC2O4·
2H2O、或其任两者或更多者的混合物。说明性锂前体包括但不限于LiOH、LiOH
·
H2O、Li2CO3、LiHCO3、或其任两者或更多者的混合物。
[0016]可用于该方法中的说明性磷酸盐前体包括但不限于H3PO4、P2O5、焦磷酸、多磷酸、磷酸盐和磷酸铵、或其任两者或更多者的混合物。磷酸铵可包括诸如(NH4)2HPO4、(NH4)H2PO4、或其混合物的材料。在添加金属掺杂剂的情况下，可在这个步骤中混合前体材料。水溶性金属前体(以及水合物形式)可用作掺杂剂金属前体，例如金属氯化物、金属硝酸盐、金属硫酸盐等，其中金属元素可为但不限于Mg、Ca、Sr、Ba、S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备锂金属磷酸盐的方法，所述方法包括：使水溶性金属前体、水不溶性金属前体和磷酸盐前体在酸性水性介质中接触以形成反应混合物；从所述反应混合物中沉淀出金属磷酸盐；收集所述金属磷酸盐；将所述金属磷酸盐与锂前体组合；以及在升高的温度下煅烧所述组合的金属磷酸盐和锂前体，从而形成锂金属磷酸盐；其中水溶性金属前体与水不溶性金属前体的摩尔比为0.5:99.5至99.5:0.5。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述水不溶性金属前体包括铁金属、氧化铁、锰金属、氧化锰、钴金属、氧化钴、镍金属、氧化镍、或其任两者或更多者的混合物。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述水溶性金属前体包括金属卤化物、金属硝酸盐、金属硫酸盐、或其任两者或更多者的混合物。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述水溶性金属前体包括FeCl2、FeCl3、FeCl2·
4H2O、FeCl3·
6H2O、Fe(NO3)3、Fe(NO3)3·
6H2O、Fe(NO3)3·
9H2O、FeSO4、FeSO4·
6H2O、FeSO4·
7H2O、MnCl2、MnCl2·
H2O、MnCl2·
4H2O、MnCl2·
xH2O、Mn(NO3)2、Mn(NO3)2·
xH2O、Mn(NO3)2·
4H2O、MnSO4、MnSO4·
xH2O、MnSO4·
4H2O、NiCl2、NiCl2·
6H2O、Ni(NO3)2、Ni(NO3)2·
6H2O、NiSO4、NiSO4·
6H2O、NiSO4·
7H2O、CoCl2、CoCl2·
xH2O、CoCl2·
6H2O、Co(NO3)2、Co(NO3)2·
6H2O、CoSO4、CoSO4·
xH2O、CoSO4·
7H2O、或其任两者或更多者的混合物。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述磷酸盐前体是酸，或形成酸以使所述酸性...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：瑞维安知识产权控股有限责任公司，
类型：发明
国别省市：