[发明专利]制造阴极材料的方法和适用于进行所述方法的反应器

说明书

本发明涉及制造至少部分涂布的颗粒材料的方法，所述方法包括下列步骤：(a)提供选自锂化镍‑钴铝氧化物和层状锂过渡金属氧化物的颗粒材料，(b)在流化床中用金属醇盐或金属酰胺或烷基金属化合物处理所述阴极活性材料，(c)在流化床中用水分处理在步骤(b)中获得的材料，和任选地，重复步骤(b)和(c)的程序，其中步骤(b)和(c)中的流化床中的表面气体速度随反应器高度提高而降低。

本发明涉及一种制造至少部分涂布的颗粒材料的方法，所述方法包括下列步骤：

(a)提供选自锂化镍-钴铝氧化物和层状锂过渡金属氧化物的颗粒材料，

(b)在流化床中用金属醇盐或金属酰胺或烷基金属化合物处理所述阴极活性材料，

(c)在流化床中用水分处理在步骤(b)中获得的材料，

和任选地，重复步骤(b)和(c)的程序，

其中步骤(b)和(c)中的流化床中的表面气体速度随反应器高度提高而降低。

此外，本发明涉及适用于本发明的方法的反应器。

锂离子二次电池是用于储存能量的现代器件。已经设想了许多应用领域，从小器件如移动电话和笔记本电脑到汽车电池和用于电动交通的其它电池。电池的各种组件对电池的性能具有决定性作用，如电解质、电极材料和隔板。特别注意的是阴极材料。已经提出几种材料，如磷酸锂铁、锂钴氧化物和锂镍钴锰氧化物。尽管已经进行大量的研究，但迄今找到的解决方案仍有改进的空间。

锂离子电池的一个问题在于阴极活性材料的表面上的不想要的反应。此类反应可能是电解质或溶剂或两者的分解。因此已经尝试保护该表面而不阻碍在充电和放电过程中的锂交换。实例是用例如氧化铝或氧化钙涂布阴极活性材料的尝试，参见例如US 8,993,051。

由于它们的粒度以及其它材料性质，许多阴极活性材料倾向于形成附聚物。因此不容易实现足够均匀的涂布。在粒子接触区域中，与直接暴露于反应物流的粒子区域相比通常观察到降低的涂布效率(如果有涂布的话)。

在WO 2013/140021中，公开了用原位生成的氧化铝涂布某些材料的反应器系统。直接经由3个不同的入口将三甲基铝、水和空气供入反应器。

因此本发明的一个目的是提供可以至少部分涂布颗粒材料而没有过长反应时间的方法，其中这样的颗粒材料具有形成附聚物的倾向。另一目的是提供用于实施这种方法的反应器。

相应地，发现如一开始规定的方法，下文也称为本发明的方法或根据(本)发明的方法。本发明的方法是一种制造至少部分涂布的颗粒材料的方法。

本发明的上下文中所用的术语“至少部分涂布”是指涂布一批颗粒材料的至少80％的粒子、涂布各粒子的表面的至少75％，例如75至99％，优选80至90％。

这种涂层的厚度可能非常低，例如0.1至5nm。在另一些实施方案中，厚度可为6至15nm。在又一些实施方案中，这种涂层的厚度为16至50nm。厚度在本文中是指通过计算每粒子表面的厚度量和假设100％转化率而数学测定的平均厚度。

不希望受制于任何理论，但相信，由于粒子的特定化学性质，例如化学反应性基团，例如但不限于羟基的密度、具有化学限制的氧化物结构部分或吸附的水，粒子的未涂布部分没有反应。

在本发明的一个实施方案中，颗粒材料具有3至20μm，优选5至16μm的平均粒径(D50)。可以例如通过光散射或激光衍射测定平均粒径。粒子通常由初级粒子的附聚物构成，并且上述粒径是指次级粒子直径。

在本发明的一个实施方案中，颗粒材料具有0.1至1m²/g的BET表面积。可以在200℃下将样品脱气30分钟或更久之后通过氮气吸附或除此之外根据DIN ISO 9277:2010测定BET表面积。