[发明专利]生产用于锂离子电池的电极活性材料的方法

说明书

发明领域

本发明涉及用于电极中的电活性磷酸钒锂材料的合成，尤其涉及用于锂离子电池中的阴极活性材料的合成。

背景技术

便携式电子设备如手机和膝上型计算机的增多导致对于高容量、耐用和质轻的电池的需求增加。由于这一需求，碱金属电池，尤其是锂离子电池成为实用和理想的能源。锂金属、钠金属和镁金属电池是众所周知的理想能源。

举例来说，一般锂电池(batteries)是由一个或多个含有电化学活性(电活性)材料的锂电化学电池(electrochemical cell)制得。这些电池通常至少包括负极、正极和用于促进离子电荷载体在负极和正极之间运动的电解质。当电池充电时，锂离子从正极向电解质迁移，同时从电解质向负极迁移。在放电期间，锂离子从负极向电解质迁移，同时从电解质返回正极。因此，伴随着每次充电/放电循环，锂离子在电极(阳极和阴极)之间进行传递。这样的可充电电池被称为可充电锂离子电池或摇椅电池。

这样的电池的电极通常包括具有晶格结构或构架的电化学活性材料，离子(如锂离子)可以从该晶格结构或构架中抽出，随后再嵌入其中，和/或允许离子(如锂离子)插入或嵌入该晶格结构或构架中，随后再被抽出。近来，开发了一类具有这样的晶格结构的过渡金属磷酸盐及混合金属磷酸盐。这些过渡金属磷酸盐是插入类化合物，与其氧化物对应物类似。过渡金属磷酸盐和混合金属磷酸盐使得锂离子电池的设计有很大灵活性。

近来，已提出包括如(SO₄)^n-、(PO₄)^n-和(AsO₄)^n-等的聚阴离子的三维结构化合物，可被作为如LiM_xO_y的氧化物类电极材料的可行替代物。这样的一类材料已在U.S.6,528,033 B1(Barker等人)中公开。其中的化合物具有通式Li_aMI_bMII_c(PO₄)_d，其中MI和MII相同或不同。MI是一种选自如下组成的组中的金属：Fe、Co、Ni、Mn、Cu、V、Sn、Ti、Cr及其混合物。MII任选存在，当存在时，选自如下组成的组：Mg、Ca、Zn、Sr、Pb、Cd、Sn、Ba、Be及其混合物。这种聚阴离子类材料的一个实例包括具有标称通式Li₃V₂(PO₄)₃等的NASICON化合物。

通常，在使用此类材料作为阴极材料时，它们必须显示出与锂反应的高自由能，能够插入大量的锂，在锂插入和抽出后保持其晶格结构，允许锂快速扩散，提供良好的导电性，不易溶于电池的电解液体系，并且易于低成本地生产。然而，现有技术中已知的很多阴极材料缺少一种或多种上述特征。

尽管这些化合物可作为用于制造电极的电化学活性材料，但这些材料的生产却不总是很经济的，且由于起始材料的化学特性，使得有时需要进行大量处理才能产生这些化合物。在实验室规模制备此类化合物的方法并不总能成为适用于制造业水平的有效且可复制的方法。本发明提供了一种经济、可再现的且高效的大规模生产具有良好的电化学性能的磷酸钒锂的方法。

发明内容

本发明涉及制备磷酸钒锂材料的方法，其包括：将水、磷酸二氢锂、V₂O₃和碳源混合以生产第一浆料；对所述第一浆料进行湿法混合；将经湿法混合的浆料喷雾干燥以形成前体组合物；研磨所述前体组合物以获得经研磨的前体组合物；压实所述经研磨的前体以获得经压实的前体；预烧所述经压实的前体组合物以获得具有低含水量的前体组合物；和在足以生产磷酸钒锂的温度和时间内煅烧所述具有低含水量的前体组合物。任选地，可进一步研磨由此生产的磷酸钒锂以获得所需的粒径。由此生产的电化学活性磷酸钒锂可用于生产电极和电池，更具体地，其可用于生产电化学电池的阴极材料。

附图说明

图1显示由本发明方法制备的磷酸钒锂的XRD图谱。

图2显示使用由本发明方法制备的磷酸钒锂在4.6V获得的循环数据。

具体实施方式

本发明涉及用于制备标称通式为Li₃V₂(PO₄)₃的电活性磷酸钒锂的制造方法。此类方法生产出高质量且批次一致的磷酸钒锂。