[發明專利]通過噴霧熱解制備納米結構的混合鋰鋯氧化物

在審

• 申請號: 202080063815.8
• 申請日: 2020-09-10
• 公開（公告）號: CN114401928A
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: D·舍費爾;A·維甘德;H·阿爾夫;高田令;F·施密特
• 申請（專利權）人: 贏創運營有限公司
• 主分類號: C01G25/00
• 分類號: C01G25/00;B82Y40/00;H01M4/485
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 譚邦會

本發明涉及一種通過火焰噴霧熱解生產包含鋰和鋯和任選存在的至少一種非鋰非鋯金屬的混合氧化物的方法、可由該方法獲得的混合氧化物及其在鋰離子電池中的用途。

發明領域

本發明涉及一種通過火焰噴霧熱解生產包含鋰和鋯和任選存在的至少一種非鋰非鋯金屬的混合氧化物的方法、可由該方法獲得的混合氧化物及其在鋰離子電池中作為活性正極材料的用途。

現有技術

二次鋰離子電池是目前使用的最重要的電池類型之一。二次鋰離子電池通常由碳材料或鋰金屬合金制成的陽極、鋰-金屬氧化物制成的陰極、鋰鹽溶解在有機溶劑中的液體電解質和在充電和放電過程期間提供鋰離子在正極和負極之間的通道的隔膜組成。

為了努力開發具有改進的固有安全性和能量密度的二次電池，最近使用固體電解質代替液體電解質已經取得了長足的進步。在這些系統中，認為具有由鋰金屬或鋰金屬合金制成的電極的二次鋰電池提供了高能量密度并且是特別合適的。這種全固態二次鋰離子電池應在電極活性材料和電解質之間的界面處具有良好的離子傳導性以具有所需的負載特性。如JP4982866B2中所述，這種高離子傳導性可以通過用一些含鋰化合物諸如LiTi₂(PO₄)₃涂布活性電極材料的表面來實現。

含鋰混合氧化物在固態和液態鋰離子電池中均有各種應用。

因此，在Agnew.Chem.Int.,Ed.2007,46,1-55頁中，據報道，具有組成Li₇La₃Zr₂O₁₂(LLZ)和石榴石型結構的混合氧化物具有優異的耐鋰性并且可用作全固態鋰二次電池中的固體電解質。

EP 2159867 A1描述了用于固態電解質中的改進的摻雜有鋁的LLZ材料的制備。因此，將碳酸鋰、氫氧化鑭和氧化鋯混合在一起并在900-1125℃下煅燒。然后將Al₂O₃添加到經煅燒的LLZ材料中，接著在1180℃下進行第二次煅燒以獲得密度為約4g/cm³的Al摻雜的LLZ氧化物。

據報道類似的混合氧化物也用作二次鋰電池電極的涂層材料。

鋰電池的陰極材料的普遍問題之一是它們快速老化并且因此在循環期間性能會損失。眾所周知，用一些金屬氧化物涂布或摻雜混合鋰過渡金屬氧化物顆粒可以抑制電解質與電極材料的不希望的反應并且因此提高鋰離子電池的長期穩定性。

在其他金屬氧化物中，為此目的已經報道了含鋯混合氧化物。

US2017179544A公開了基于鋯的摻雜有混合金屬氧化物的鋰正極材料的制備。因此，在實施例1中，制備Li₇La₃Zr₂Al_0.07O_12.0105，做法是，將金屬鹽混合并在1200℃下將混合物燒結10小時，接著與混合鋰過渡金屬氧化物Li(Li_10/75Ni_18/75Co_9/75Mn_38/75)O₂干混并隨后在900℃下加熱20小時以形成鋰正極材料。從該制備程序可以明顯看出，在該實例中只能使用Li₇La₃Zr₂Al_0.07O_12.0105的大尺寸燒結顆粒。

這種相對較大的含鋯金屬氧化物顆粒的使用通常導致核心陰極材料表面上不均勻分布且大的附聚的金屬氧化物顆粒，因此，與未摻雜或未涂布的陰極材料相比時，觀察到循環性能的很小改善或沒有改善。

噴霧熱解是用于生產相對小的金屬氧化物顆粒的已知方法。