[0077] 例如,当拿喷雾热解法举例时,制备锂过渡金属磷酸盐二次颗粒的方法包括:通过湿法混合锂供应源、磷酸供应源、和铁供应源来制备浆料;且将所述浆料喷雾和干燥,其中将在喷雾和干燥中获得的粉末作为烧结原材料引入烧结炉中和经受热处理。如果必要,过渡金属(M)供应源可在制备浆料中添加和与其它供应源湿法混合。
[0078] 作为锂供应源,锂的氢氧化物或锂盐是优选的,和锂的氢氧化物的实例包括氢氧化锂(LiOH)。另外,锂盐的实例包括锂无机酸盐例如碳酸锂(Li2CO3)和氯化锂(LiCl)、锂有机酸盐例如乙酸锂(LiCH3COO)和草酸锂((COOLi)2)、和其水合物,并且合适地使用选自其集合的一种或两种或更多种。
[0079] 作为磷酸供应源,合适地使用选自如下的一种或两种或更多种:磷酸例如正磷酸(H3PO4)和偏磷酸(HPO3)、磷酸二氢铵(NH4H2PO4)、磷酸氢二铵((NH4)2HPO4)、磷酸铵((NH4)3PO4)和其水合物。在其中,正磷酸、磷酸二氢铵和磷酸氢二铵是合适的,因为这些化合物具有相对高的纯度并且其组成容易控制。
[0080] 作为铁供应源,合适地使用选自如下的一种或两种或更多种:氯化铁(II)(FeCl2)、硫酸铁(II)(FeSO4)、乙酸铁(II)(Fe(CH3COO)2)、磷酸铁(Fe3(PO4)2)、和其水合物。
[0081] 过渡金属(M)的供应源没有特别限制,只要所述供应源是作为包括金属元素(M)的盐能够电离的化合物。所述供应源优选地是水性化合物。金属前体的实例包括包含M的硝酸盐、硫酸盐、乙酸盐、碳酸盐、草酸盐、卤化物、氧化物、氢氧化物、醇盐、其混合物等。特别地,硝酸盐、硫酸盐、或乙酸盐是优选的。
[0082] 可在浆料的制备中添加非离子表面活性剂,现有技术中公知的材料可用作表面活性剂而没有限制,和例如,可使用选自如下的一种或多种:Triton X-100、乙酸、溴化十六烷基三甲基铵(CTAB)、异丙基三(N氨基乙基-氨基乙基)钛酸酯、和3-氨基丙基三乙氧基-硅烷。表面活性剂是增强原材料化合物的分散性以有助于形成均匀颗粒的添加剂。
[0083] 在浆料的制备中,所述浆料通过如下得到:将作为原材料化合物的锂供应源、磷酸供应源、铁供应源、和过渡金属供应源按化学计量比以固态混合,如果必要,在分散介质中分散固体混合物,然后使用介质搅拌型研磨机湿法研磨所述混合物等。
[0084] 作为用于浆料的湿法研磨的分散介质,可使用多种有机溶剂和水性(含水)溶剂,但是水是优选的。基于全部浆料的原材料化合物的总重量比优选地为20重量%至40重量%。当重量比小于20重量%时,浆料的浓度极低,使得存在如下忧虑:由喷雾和干燥产生的球形颗粒可变得比必须的更小或可容易地破裂,并且处理速率可下降。相反,当重量比超过40重量%时,存在如下忧虑:可难以保持浆料的均匀性并且可发生例如工艺管线的堵塞的问题。
[0085] 接着,在喷雾和干燥中,通过经由公知的方法喷雾和干燥浆料形成一次颗粒,和此外,由一次颗粒的聚集制备二次颗粒形式的锂过渡金属磷酸盐。
[0086] 作为用于喷雾的工具,可使用任何公知的喷雾-干燥装置,并且不限制其种类。喷雾器一般分成转盘型或喷嘴型,且喷嘴型分为压力喷嘴和双流体喷嘴。此外,可使用现有技术中公知的所有工具,例如旋转式喷雾器、压力喷嘴、空气型喷嘴、和音速喷嘴。
[0087] 在浆料的喷雾和干燥中,优选在250℃至300℃的热风温度和100℃至150℃的排气热风温度下喷雾和干燥浆料以增强颗粒的形状、尺寸和结晶度。
[0088] 在下文中,将参照实施例更详细地描述本发明,但是本发明不限于此。
[0089] 实施例1
[0090] 将Li2CO3作为锂供应源、Fe3(PO4)2·8H2O作为铁供应源、和(NH4)2HPO4作为磷酸供应源放入作为溶剂的纯水中,通过使用混合机混合30分钟,然后通过使用珠磨机(珠尺寸=0.3mm)研磨和混合20小时。这里,浆料通过如下制备:向其添加Triton X-100作为非离子表面活性剂,和进行研磨20小时。当混合Li2CO3、Fe3(PO4)2·8H2O、和(NH4)2HPO4时,混合Li2CO3、Fe3(PO4)2·8H2O、和(NH4)2HPO4使得[Li]:[Fe]:[P]的摩尔比为1:1:1,和混合Triton X-100以7重量%的量存在,基于作为最终产物的LiFePO4。在该情况下,基于溶剂的固含量的重量比为30%。
[0091] 用喷雾和干燥装置(Dong Jin Spraying Drying Technology Co.,Ltd.,Sprayer Dryer(MD-005R))在285℃的热风温度和110℃的排气热风温度下喷雾和干燥浆料。溶剂通过喷雾和干燥过程蒸发,并且以具有10μm的平均粒径(D50)的二次颗粒形式获得磷酸铁锂(LiFePO4)前体。
[0092] 将作为烧结原材料的前体引入设置有升温区间/保持区间/冷却区间的烧结炉中。以2℃/分钟的升温速率将磷酸铁锂(LiFePO4)前体从常温加热至735℃(升温区间),保持在
735℃的状态下14小时(保持区间),以5℃/分钟的速率冷却至450℃(冷却区间),然后自然冷却,从而获得包括纳米棒状Fe2P晶体的磷酸铁锂。
[0093] 当将升温区间和保持区间分成总共13个区时,各区的排气量如下表1中地调节。在该情况下,烧结在使用H2(4.7%)/N2(95.3%)气体的还原气氛下进行,并且对于各区引入的气体的量彼此相同。分别以14L/分钟和286L/分钟的速率将H2和N2引入烧结炉中。
[0094] 实施例2以及对比例1和2
[0095] 除了如下表1中地调节排气条件之外,以与实施例1中相同的方式制备磷酸铁锂。
[0096] [表1]
[0097]
[0098]
[0099] *在表1中,各区的排气量的单位为L/分钟。
[0100] 分析实施例
[0101] 由实施例和对比例制备的磷酸铁锂的SEM观察结果示于图2至6中,并且其XRD衍射图谱示于图7至9中。使用的XRD和SEM的规格和分析条件如下。
[0102] SEM:由得自JEOL Ltd.的JSM-7400F获得(分析条件:10kV)
[0103] XRD:通过得自Rikagu Inc.的D/Max-2500VK/PC分析
[0104] (分析条件:CuKa辐射,速率2°分钟-1)
[0105] 评价实施例
[0106] 通过以92:4:4的重量比混合在实施例和对比例中合成的正极活性材料、作为导电材料的Denka Black、和作为粘合剂的聚偏氟乙烯(PVDF)来制备浆料。通过在铝(Al)箔上均匀地涂覆所述浆料制造正极板。
[0107] 通过使用锂金属作为正极、由多孔PE材料制成的隔膜作为隔膜、和其中以5:3:2的重量比混合1.3M LiPF6EC(碳酸亚乙酯):DMC(碳酸二甲酯):EC的溶液作为电解质来制造硬币单元电池型的锂二次电池。
[0108] 在将制造的硬币单元电池在25℃的恒温下放置24小时之后,使用锂二次电池充电/放电测试装置(Toyo,T475-HR),将测试单元电池的电压区间设为3.0至4.5以0.2C的电流以CC(恒定电流)/CV(恒定电压)模式对电池充电,然后以1C、5C、10C、20C、和30C的电流进行放电并且测量各电流下的放电容量。
[0109] 在25℃和-20℃的温度条件下以0.1C的电流进行充电和放电,然后测量各放电容量,从而根据下列方程(1)得到相对于常温的在低温的放电容量比率。
[0110] 放电容量比率(%)=(在-20℃的放电容量/在25℃的放电容量)*100…(1)[0111] 根据所述评价方法测量的在包括根据实施例1和2以及对比例1和2的磷酸铁锂的硬币单元电池中的相对于常温的在低温的放电容量比率以及充电和放电倍率示于下表2中。
[0112] [表2]
[0113]
[0114]
[0115] *在表1中,以1C、5C、10C、和20C测量的放电容量的单位为mAh/g。
[0116] 参照表1,可看出,在通过使用根据本发明的实施例1和2制备的磷酸铁锂制造的硬币单元电池的情况下,对于常温的在低温的放电容量比率和高倍率性能相比于对比例1和2是出色的。
[0117] 参照说明根据实施例1制备的磷酸铁锂的SEM照片的图2至4,可确认纳米棒状Fe2P晶体在磷酸铁锂的表面上形成,但是参照说明根据对比例1制备的磷酸铁锂的SEM照片的图5和6,未确认纳米棒状Fe2P晶体。
[0118] 参照比较和说明根据实施例和对比例制备的LiFePO4的XRD衍射图谱的图7和8,可看出,实施例1和2图解出在40°至40.5°和47°至47.5°范围内的衍射角(2θ)处的衍射峰,和因此纳米棒状形状是Fe2P晶体。
[0119] 应理解,本文中描述的实施方案应仅在描述的意义上考虑且不用于限制的目的。在各实施方案中的特征或方面的描述应典型地被认为可用于其它实施方案中的其它类似特征或方面。
[0120] 尽管已经参照附图描述了一个或多个实施方案,但本领域普通技术人员将理解,在不背离如由所附权利要求限定的精神和范围的情况下可在其中进行形式和细节方面的多种改变。