[发明专利]电池组用锂钒聚阴离子盐粉末的制造方法

说明书

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技术领域

本发明涉及用于锂离子电池组正极的材料及其制造方法。

背景技术

锂离子电池组由于高的效率、能量密度、高电池电压和长贮藏寿 命而被认可和重视，并且自从二十世纪九十年代初期就就已投入商业 使用。虽然一如既往，仍然希望以更低成本制造更好的电池组。

目前锂离子电池组的关键组分是锂过渡金属聚阴离子粉末，其被 提供作为正极金属板上的活性材料。已经使用铁、钴、锰和镍过渡金 属粉末并且已经考虑了其它的过渡金属。钴具有高性能，但是被证明 不安全，因为在再充电期间可能引起爆炸。铁具有吸引力，因为其成 本低，但是未提供其它过渡金属如钴和镍的能量密度。已经提议钒， 但是其尚待商业使用，大概是因为更昂贵和获得优于其它更多已开发 的体系的优点的有限成功。

已经研究了许多方法来合成各种锂过渡金属聚阴离子粉末。这些 方法包括固态反应法、碳热还原法和氢还原法。然而，这些方法中的 每种方法都存在若干问题。主要问题包括：a)粒子聚集，b)不完全反应， c)在原材料中存在不希望的组分并且这些组分随后存在于最终产物中， d)所得的材料的电化学性质差，和e)需要昂贵的前体和/或复杂的工艺。

这些锂过渡金属聚阴离子粉末最典型地使用固态反应合成。粒子 形式的原材料被混合以制成粒子的密切混合物。当施加热以引起反应 时，固体粒子通过各种伴随有反应性材料在混合物中的各种粒子中扩 散进出的表面反应彼此发生反应。为此，优选首先提供具有所需粒度 的粒子，然后将这些粒子混合以产生在整个混合物中具有高度分散的 前体的混合物，从而获得高度接触，以实现所需产物的高收率。为了 实现这一目的，粒子混合物典型地通过诸如球磨研磨或物理混合的方 法来制备。因为活性材料粒子可能较大和/或粒度可能不均匀，所以通 常未很好地实现粒子之间的面与面接触的最佳条件。

由于上述这些原因，希望提供更好的用于合成电池组活性材料的 方法。

授予Goodenough等人的美国专利5,910,382(下文称为 “Goodenough”)描述了对可再充电锂电池组的阴极材料的改善，特 别是包含聚阴离子如(PO₄)^3-。尽管Goodenough似乎优选锰、铁、钴和 镍，但是Goodenough注意到钒是比已经使用钴、镍和锰开发的体系更 便宜且毒性更低的过渡金属。

授予Barker等人的美国专利5,871,866(下文称为“Barker”)描述 了用于锂离子电池组阴极的许多锂过渡金属氧化物配方。磷酸钒锂 (Li₃V₂(PO₄)₃或“LVP”)是被具体讨论的例子之一。

Barker和Goodenough各自都描述了制造阴极粉末的方法，其包括 上述的固态反应，其中混合前体以形成基本上均匀的粉末混合物。各 自的讨论都描述了将粉末前体压制成小球以获得更好的颗粒与颗粒接 触和在所述材料合成期间有若干个间歇的研磨步骤。

授予Stoker等人的美国专利No.6,913,855(下文称为“Stoker”) 也描述了用于锂离子电池组阴极的一系列锂过渡金属氧化物配方，包 括LVP。Stoker将在可能包含溶剂的浆料中的前体与部分溶解在溶剂 中的一些前体共混。浆料显然产生了前体的所需分散。然后在开始反 应以制成所需的产物之前将浆料喷雾干燥。如同Barker，为了获得紧 密附着的反应混合物所用的一种选择是将喷雾干燥的粉末压缩成片。

发明内容

本发明改善了电池组和可用于制造电池组的材料的目前工艺水 平。

本发明提供了含碳磷酸钒锂粉末的改善的制造方法。