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      含有三價(jià)金屬的鈦和鈮混合氧化物的制作方法_2

      文檔序號(hào):9251858閱讀:來(lái)源:國(guó)知局
      價(jià)金 屬的前體;
      [0039] _任選地,將溶劑熱處理結(jié)束制得的混合氧化物的機(jī)械粉碎;
      [0040]-對(duì)上述混合氧化物進(jìn)行煅燒。
      [0041] 溶劑熱處理
      [0042] 通常,溶劑熱處理包括步驟:
      [0043] _將鈦、銀和三價(jià)金屬的前體加入溶液中;
      [0044] _將前體沉淀;
      [0045]-在壓力條件下將由此獲得的沉淀前體混合物進(jìn)行熱處理。
      [0046] 前體加入溶液的操作優(yōu)選在醇類中進(jìn)行,例如乙醇。作為變形,可以使用其它醇 類,例如異丙醇,丁醇,或者甚至是乙二醇。
      [0047] 有利地,所述前體溶解在同一溶液中以形成均質(zhì)混合物。部分前體的增溶可在酸 的存在下實(shí)現(xiàn),例如,尤其是硫酸。
      [0048] 由此獲得的混合物沉淀可通過(guò)調(diào)節(jié)pH來(lái)進(jìn)行,較優(yōu)地,大約為10。這個(gè)步驟可以 通過(guò)添加氨來(lái)實(shí)現(xiàn)。
      [0049] 前體混合物的沉淀可能呈糊狀。
      [0050] 通常,沉淀的前體混合物的溶劑熱處理可以在200到250°C的溫度范圍下進(jìn)行,較 優(yōu)地,大約為220 °C。
      [0051] 溫度升高相當(dāng)于以1_5°C/min的速度進(jìn)行,較優(yōu)地,為2°C/min。
      [0052] 另一方面,較優(yōu)地,冷卻速度在1_10°C/min的范圍內(nèi)進(jìn)行,更優(yōu)地,為5°C/min。
      [0053] 溶劑熱處理的持續(xù)時(shí)間可在2至10小時(shí)的范圍內(nèi),較優(yōu)地,大約為5個(gè)小時(shí)。通 常,所述的處理時(shí)間不包括將混合物升溫和降溫所需的時(shí)間。
      [0054] 然而,采取的條件可能取決于處理材料的總量。
      [0055] 在一個(gè)優(yōu)選例中,溶劑熱處理是在熱液壓力容器(反應(yīng)器,高壓釜)中進(jìn)行,以在 壓力下進(jìn)行熱處理。較優(yōu)地,容器中(通常由聚四氟乙烯(特富隆。制成)的"死"體積 ("dead"volume)可達(dá)到總體積的三分之二。
      [0056]洗滌:
      [0057] 本發(fā)明的方法在溶劑熱處理之后還包括至少一個(gè)洗滌步驟。
      [0058] -旦溶劑熱處理結(jié)束后,較優(yōu)地,所得混合物(無(wú)定形形式的混合氧化物)以糊狀 形式存在,也有可能經(jīng)洗滌將混合氧化物從不需要的副產(chǎn)物中分離出來(lái)。
      [0059] 優(yōu)選地,洗滌步驟采用蒸餾水進(jìn)行。所述洗滌步驟可以在連續(xù)離心步驟下進(jìn)行,直 至上清液的pH為6-7的范圍內(nèi)。所述洗滌步驟尤其能夠除去可能存在的殘留硫酸鹽,氯化 物和氫氧化物。
      [0060] 洗滌步驟結(jié)束時(shí),將混合物干燥,較優(yōu)地,在空氣中干燥,特別是在烘箱中進(jìn)行,優(yōu) 選溫度至少為60°c,并低于150°C。
      [0061] 歷
      [0062] 在所述溶劑熱處理結(jié)束時(shí),本發(fā)明還包括一個(gè)可能的將所述無(wú)定形混合氧化物進(jìn) 行機(jī)械粉碎的步驟。
      [0063] 優(yōu)選地,所述的粉碎在任選的洗滌之后進(jìn)行。然而,粉碎需在煅燒步驟之前進(jìn)行。
      [0064] 該步驟可以在有機(jī)溶劑中進(jìn)行,例如烷烴,尤其是己烷。
      [0065] 所述的粉碎通常在粉碎機(jī)中以每分鐘300到500的轉(zhuǎn)速范圍進(jìn)行,較優(yōu)地,約為每 分鐘500轉(zhuǎn)。
      [0066] 所述粉碎機(jī)可以為,例如Retsch-S-100型的離心球磨機(jī)。
      [0067] 較優(yōu)地,所述粉碎步驟持續(xù)15分鐘至120分鐘,更優(yōu)地,仍約為30分鐘。
      [0068] 所述粉碎尤其可以在煅燒步驟之前使得粒徑變均勻。
      [0069]
      [0070] 較優(yōu)地,熱處理在700-1200°C溫度范圍內(nèi)進(jìn)行,更優(yōu)地為700-1,000°C。
      [0071] 所述步驟優(yōu)選持續(xù)30分鐘至2小時(shí),更優(yōu)地,約為1小時(shí)。
      [0072] 進(jìn)一步地,加熱速度可為1_5°C/min的范圍內(nèi),優(yōu)選地,大約為3°C/min。
      [0073] 冷卻速度可以為5-20°C /min的范圍內(nèi),優(yōu)選地,大約為10°C /min。
      [0074] 該步驟促進(jìn)了鈦和鈮混合氧化物結(jié)構(gòu)的結(jié)晶。該步驟可在空氣中進(jìn)行,就像本發(fā) 明方法中的所有步驟那樣。
      [0075] 應(yīng)當(dāng)注意的是,所述化合物的最佳煅燒溫度取決于所合成的混合氧化物的化學(xué)計(jì) 量。并不能一概而論。
      [0076]前體:
      [0077] 較優(yōu)地,所述鈦前體可以選自下組:硫酸氧鈦(Ti0S04);異丙醇鈦 (Ti(0CH(CH3)2)4);氯化鈦(TiCl4);和丁醇鈦(Ti(0C4H9)4)。
      [0078] 較優(yōu)地,所述鈮前體可以是一種V價(jià)鈮化合物,特別是氯化鈮(NbCl5)或乙醇鈮, Nb(0C2H5)5〇
      [0079] 較優(yōu)地,三價(jià)金屬的前體可以選自下組:具有+III氧化度的化合物,例如,特別是 FeCl3、Fe(N03) 3、Fe2 (S04) 3、GaCl3、Ga(N03) 3、Ga2 (S04) 3、MoC13、A1C13、A1 (N03) 3、Al2 (S04) 3、 BCl3〇
      [0080] 本發(fā)明還涉及使用上述鈦鈮混合氧化物作為一種電極材料的應(yīng)用,特別是用于鋰 離子蓄電池。較優(yōu)地,它是一種負(fù)電極材料(陽(yáng)極)。
      [0081] 電極材料
      [0082] 本發(fā)明也涉及包含所述鈦鈮混合氧化物的電極,以及包含至少一個(gè)此類電極的鋰 離子蓄電池。
      [0083] 較優(yōu)地,本發(fā)明電極還包括粘合劑。
      [0084] 鋰離子蓄電池
      [0085] 本發(fā)明的鋰離子蓄電池依次地包含至少一個(gè)負(fù)電極(陽(yáng)極),一個(gè)蓄電池電極隔 板,以及一個(gè)正電極(陰極)。
      [0086] 通常,這類蓄電池的每一個(gè)正極和負(fù)極都含有鋰離子嵌入材料。
      [0087] 因此,在鋰離子蓄電池中,鋰元素從呈金屬形式,而是呈Li+陽(yáng)離子形式,其在蓄電 池每個(gè)充放電過(guò)程中,Li+陽(yáng)離子在負(fù)極和正極的兩個(gè)鋰嵌入材料之間往返行進(jìn)。
      [0088] 所述負(fù)電極包含鋰嵌入材料,優(yōu)選地,本發(fā)明中的所述嵌入材料,即上述鈦鈮混合 氧化物。
      [0089] 較優(yōu)地,每個(gè)電極由集電器支撐,優(yōu)選為金屬的(集電器)。
      [0090] 所述電極由本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方法來(lái)制備,特別是通過(guò)基于活性物質(zhì)分散的 電極漿料、粘合劑(優(yōu)選有機(jī)的)以及電導(dǎo)體(優(yōu)選含碳的)在集電器上的沉積。
      [0091] 所述粘合劑為電極提供良好的離子傳導(dǎo)和符合要求的機(jī)械特性。
      [0092] 蓄電池電極隔板通常浸漬在離子導(dǎo)體(電解質(zhì))中,以促進(jìn)在陽(yáng)極和陰極之間的 離子傳導(dǎo)。較優(yōu)地,所述電解質(zhì)中含有非質(zhì)子性極性溶劑和鹽,其具有至少部分由鋰組成的 陽(yáng)咼子。
      [0093] 根據(jù)一具體實(shí)施例,所述電極可以由分散系來(lái)制備,其中,其包括本發(fā)明所述的 Ti-Nb混合氧化物,有機(jī)粘合劑,以及電子導(dǎo)體。
      [0094] 然后將該分散系沉積在用作集電器的金屬板上,例如鋁。
      [0095] 較優(yōu)地,所使用的粘合劑可優(yōu)選為選自下組的聚合物:基于甲基丙烯酸甲酯的聚 合物,丙烯腈,或偏二氟乙烯;聚醚;聚酯;碳甲基纖維素及其組合。
      [0096] 所述電子導(dǎo)體能夠促進(jìn)電流從電極到集電器的轉(zhuǎn)移。可以在例如特定納米范圍的 碳中進(jìn)行,例如SuperP?或VGCF( "氣相生長(zhǎng)碳纖維")。
      [0097] 因此,根據(jù)一具體實(shí)施例,負(fù)電極可以是一種復(fù)合材料,其由本發(fā)明中的鈦鈮混合 氧化物和粘合劑(例如,可以是偏二氟乙烯)組成的混合物以及電子導(dǎo)體(例如可以是碳 黑(乙炔黑))形成,較優(yōu)地,比例分別為80/10/10類型。
      [0098] 鋰離子蓄電池的正電極可以由適于本發(fā)明目的的任意類型的已知材料形成。
      [0099] 在本發(fā)明的上下文中,不僅正電極包括Li+離子嵌入材料,它也是負(fù)電極的鋰來(lái) 源。因此,其優(yōu)選地由一種能夠在最初提供所述Li+離子并且之后能夠重新嵌入其中的材 料形成。
      [0100] 因此,所述正電極可以包括選自下組的材料:層狀Li1+vNixMnyC〇z02型材料(其中 x+y+z+v= 1);尖晶石型的LiNiuMn2_u04材料(其中0〈u〈l);以及LiMP04磷酸鹽型材料(其 中M=Fe,Mn,Co,Ni)。
      [0101] 除了活性物質(zhì)以外,正電極還可以包括至少一個(gè)電子導(dǎo)體和可能的如上述所提及 的有機(jī)粘合劑。
      [0102] 所述電解質(zhì)應(yīng)該是Li+的離子導(dǎo)體。優(yōu)選地,它包括至少一種含有Li+陽(yáng) 離子的鹽,所述鹽優(yōu)選選自下組:LiC104;LiAsF6;LiPF6;LiBF4;LiRFS03;LiCH3S03; LiN(RFS02)2;LiC(RFS02)3;LiTFSI(鋰三氟甲燒磺酰酰亞胺,lithiumtrifluoromethane sulphonylimide) ;LiB0B(雙草酸硼酸bis(oxalato)borate);和LiBETI(雙全氟乙燒橫酰 亞胺鈕lithiumbis(perfluoroethylsulfonyl)imide)及其組合。
      [0103] 在這些通式中,RF基團(tuán)優(yōu)選選自
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