[发明专利]制备过渡金属碳酸盐的方法

说明书

本发明涉及一种制备平均粒径(D50)为6-19μm的过渡金属碳酸盐的方法，其包括在搅拌容器中合并至少一种过渡金属盐的至少一种溶液与至少一种碱金属碳酸盐或碱金属碳酸氢盐的至少一种溶液以制备过渡金属碳酸盐的悬浮液，和在至少一个其他室中，在每种情况下，将基于该部分悬浮液为50-10000W/l的机械功率连续引入一部分悬浮液中，然后将该部分再循环至所述搅拌容器中。

本发明进一步涉及呈颗粒形式的过渡金属碳酸盐，其可例如通过本发明方法制备。

二次电池、蓄电池或可充电电池正是可储存产生后的电能且在需要时使用(消耗)的一些实施方案。由于显著更高的功率密度，近年来偏离水基二次电池且开发由锂离子实现电荷传输的电池。

电极材料对锂离子电池的性能至关重要。含锂混合过渡金属氧化物，例如尖晶石和层状结构的混合氧化物，尤其镍、锰和钴的含锂混合氧化物受到了特别的重视；参见例如EP1 189 296。然而，不仅电极材料的化学计量很重要，而且其他性能如形貌和表面性能也很重要。

相应混合氧化物通常使用两步法制备。在第一步中，通过使过渡金属的微溶性盐从溶液沉淀而制备该微溶性盐，例如碳酸盐或氢氧化物。该微溶性盐在许多情况下也称作前体。在第二步中，将所述沉淀的过渡金属盐与锂化合物如Li₂CO₃、LiOH或Li₂O混合，并在例如600-1100°C的高温下煅烧。

现有锂离子电池仍具有改良潜力，尤其是在能量密度方面。为此，阴极材料应具有高比容量。还有利的是阴极材料可以以简单方式加工以获得厚度为20-100μm的电极层，所述电极层应具有高密度以获得最大能量密度(每单位体积)。

WO2009/024424公开了一种制备碱性过渡金属氢氧化物的方法，其由三个步骤组成。这些步骤的特征可如下所述：

a)提供至少第一起始溶液和第二起始溶液；

b)在反应器中合并至少所述第一起始溶液与所述第二起始溶液并产生具有至少2瓦/升的特定机械功率输入的均匀混合反应区以及形成包含不可溶产物和母液的产物悬浮液，所述母液通过设定过量碱而过饱和且具有10-12的pH值；

c)借助澄清或过滤部件将所述母液与沉淀产物部分分离以将悬浮液中的固含量设定为至少150g/l。

然而，将较大量的机械能引入大体积的溶液或悬浮液中就设备而言是困难的。

因此，本发明的目的是提供每单位体积具有最大能量密度的电池。因此，更特定地，本发明的目的是提供每单位体积具有最大能量密度的电池的起始材料。本发明的另一目的是提供一种可用以制备合适的电池起始材料的方法。

因此，发现了开头所定义的方法。

下文所述的用于制备过渡金属碳酸盐的方法在本发明上下文中也简称为本发明方法。

本发明方法涉及过渡金属碳酸盐的制备。在本发明的上下文中，“过渡金属碳酸盐”不仅包括化学计量纯的过渡金属碳酸盐，而且包括碱性过渡金属碳酸盐，尤其是如下化合物：其除过渡金属离子和碳酸根离子之外，还具有不同于碳酸根离子的阴离子，例如氧离子和/或氢氧根离子，和/或不同于过渡金属阳离子的阳离子，尤其是碱金属离子。优选的碱金属离子为钾离子，尤其为钠离子。不同于碳酸根离子的阴离子和不同于过渡金属阳离子的阳离子的摩尔份数不必相同。

在本发明的一个实施方案中，过渡金属碳酸盐具有0.01-45mol%，优选2-30mol%的不同于碳酸根离子的阴离子，基于过渡金属碳酸盐中阴离子的总数。

在本发明的一个实施方案中，过渡金属碳酸盐具有4-35mol%，优选8-20mol%的氢氧根离子，基于过渡金属碳酸盐中阴离子的总数。

在本发明的一个实施方案中，过渡金属碳酸盐具有0.01-10mol%，优选0.1-6mol%不同于过渡金属阳离子的阳离子，基于过渡金属阳离子的含量。

在本发明的一个实施方案中，过渡金属选自Cr、V、Mn、Ni、Fe、Co、Zn、Ti、Zr以及上述之一种或多种与彼此或与碱金属、铝或镁的混合物，优选选自Ni、Mn、Co与任选的一种或多种选自碱金属、铝和镁的其他金属的混合物。

在本发明的一个实施方案中，过渡金属碳酸盐具有通式(I)：

M(CO₃)_bO_c(OH)_dA_mB_eX_f   (I)

其中变量各自定义如下：