DE69701062T2 - Verfahren zur Herstellung eines Lithium-Mangan-Komplex-Oxids als aktives Kathodenmaterial in einer Lithium-Sekundärbatterie - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines Lithium-Mangan-Komplex-Oxids als aktives Kathodenmaterial in einer Lithium-SekundärbatterieInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines spinellartigen Lithium-Mangan-Komplexoxids für eine Kathoden-Aktivmasse einer Lithium- Sekundärbatterie und ein Verfahren zur Herstellung desselben. Ein spinellartiges Lithium-Mangan-Komplexoxid eignet sich als Kathoden-Aktivmasse einer 4-V- Lithium-Sekundärbatterie.
- Als Verfahren zur Herstellung eines spinellartigen Lithium-Mangan-Komplexoxids, das als Kathoden-Aktivmasse einer Lithium-Sekundärbatterie Verwendung finden soll, wurden bisher folgende Methoden vorgeschlagen:
- (a) Festphasen-Methode, bei der Pulver von Lithiumcarbonat und Mangandioxid miteinander gemischt werden und das Gemisch dann bei etwa 800ºC calciniert wird.
- (b) Schmelzimprägnier-Methode, bei der niederschmelzendes Lithiumnitrat oder Lithiumhydroxid in poröses Mangandioxid getaucht und calciniert wird.
- (c) Methode, bei der Lithiumnitrat und Mangannitrat in Wasser gelöst und die Lösung durch Ultraschall sprühpyrolysiert wird.
- Als ein Lithium-Mangan-Komplexoxid, das sich als Kathoden-Aktivmasse einer Lithium-Sekundärbatterie eignet, wurden die folgenden Komplexoxide vorgeschlagen:
- (d) LiMn&sub2;O&sub4; (Japanische Patentveröffentlichung Nr. 21.431/1996)
- (e) LiXMn&sub2;O&sub4;, worin x ist: 0,9 ≤ x ≤ 1,1, ausschließlich x = 1,0 (Japanische Patentveröffentlichung Nr. 21.382/1996)
- (f) Li&sub2;Mn&sub4;O&sub9;, Li&sub4;Mn&sub5;O&sub1;&sub2; [J. Electrochem. Soc., Bd. 139, Nr. 2, S. 363-366 (1992)]
- (g) LixMn&sub2;Oy, worin x und y sind:
- 1,0< x< 1,6; 4,0< y< 4,8, und 8/3+(4/3)x< y< 4,0+(1/2)x
- [Japanische offengelegte Patentschrift Nr. 2.921/1996]
- (h) Li1+XMn2-XO&sub4;, worin x ist: 0, 0,03, 0,05, 0,10, 0,22, 0,29 oder 0,33 [Solid State lonics 69 (1994) S. 59-67]
- Die obengenannten Methoden zeigen allerdings die folgenden Probleme.
- Bei der Festphasen-Methode (a) werden die Pulver von Carbonat und Oxid als Ausgangsstoffe verwendet, weshalb es erforderlich ist, diese bei einer relativ hohen Temperatur zu calcinieren. Daher besteht die Gefahr, einen defekten Spinell, wie beispielsweise einen Spinell mit überschüssigem Sauerstoff, zu erhalten. Außerdem ist es unmöglich, die Pulver auf molekularer Ebene gleichmäßig zu mischen. Beispielsweise entstehen manchmal Li2MnO3 und LiMnO&sub2; anstelle des angestrebten LiMn&sub2;O&sub4;. Um die Bildung dieser Komplexoxide zu verhindern, muß die Calcinierung über einen langen Zeitraum hinweg mehrfach wiederholt und dabei die Konzentration des Sauerstoffs eingestellt werden.
- Die Schmelzimprägnier-Methode (b) ergibt eine verbesserte gleichmäßige Dispergierbarkeit von Li und Mn gegenüber der Festphasen-Methode.
- Als Ausgangsstoff ist jedoch ein poröses Manganmaterial erforderlich. Zum Erhalt des porösen Manganmaterials ist eine Malbehandlung notwendig. Für diese Malbehandlung muß aber eine spezielle Malvorrichtung eingesetzt werden, weshalb Unreinheiten aufgrund des Malmediums während des Malvorgangs oder aufgrund von Abrieb an der Innenwand der Malvorrichtung entstehen können, was die Qualität des resultierenden Komplexoxid-Pulvers als einer Kathoden-Aktivmasse mindert oder die Kosten erhöht. Zudem wird, sofern die Calcinierung nicht über einen langen Zeitraum hinweg bei niedriger Temperatur zur Kontrolle der Verdampfung des niederschmelzenden Lithium-Ausgangsmaterials erfolgt, die Kristallinität des resultierenden Komplexoxids herabgesetzt. Wird demzufolge das Komplexoxid als eine Aktivmasse für eine Sekundärbatterie verwendet, so bricht die Kristallstruktur während der Wiederholung des Lade-/Entladezyklus der Batterie zusammen, was die Kapazität der Sekundärbatterie herabsetzt. Wird darüber hinaus Mn durch ein Kation von niedriger Wertigkeit und einem Ionenradius von nahezu dem von Mn substituiert, zum Beispiel mit Fe, Co, Ni oder Mg, um die Starkstromentladung oder die Eigenschaften des Lade-/Entladezyklus der Sekundärbatterie zu verbessern, so ist es unvermeidlich, daß die Verteilung des Mn und des Kation-Substituents bei dieser Schmelzimprägnier-Methode ebenfalls ungleichmäßig ist.
- Bei der Sprühpyrolyse-Methode (c) können die Elemente, aus denen das spinellartige Lithium-Mangan-Komplexoxid besteht, auf Ionenebene gleichmäßig miteinander vermischt werden, was die Gleichmäßigkeit im Vergleich zur Schmelzimprägnier-Methode außerordentlich erhöht. Da ferner der Schritt des Mahlens der Ausgangsstoffe wegfällt, läßt sich das Risiko der Aufnahme von während des Mahlschrittes eingetragenen Unreinheiten in vorteilhafter Weise vermeiden.
- Bei dieser Sprühpyrolyse-Methode wird eine Reihe von Schritten, wie der Verdampfung von Lösungsmittel und der Wärmezersetzung, innerhalb eines kurzen Zeitraums von einigen wenigen Sekunden vorgenommen, mit dem Ergebnis, daß der Aufenthalt in der Wärme im Vergleich zur herkömmlichen Calcinierungsbehandlung extrem kurz ist und die Kristallinität des resultierenden Komplexoxids zum Abbau neigt. Wird also das Komplexoxid als eine Aktivmasse einer Sekundärbatterie verwendet, so bricht die Kristallstruktur während der wiederholten Lade-/Entladezyklen der Batterie zusammen, was die Kapazität der Sekundärbatterie herabsetzt. Da außerdem die spezifische Oberfläche des resultierenden Komplexoxids sogar mehrere zehn Quadratmeter pro Gramm groß ist, wird ein Elektrolyt in Kontakt mit diesem Komplex zersetzt, was manchmal die Eigenschaften des Lade-/Entladezyklus als auch das Speicherverhalten der Sekundärbatterie merklich verschlechtert.
- Weiterhin sind die Zusammensetzungen der obengenannten Lithium-Mangan- Komplexoxide hinsichtlich der folgenden Punkte problematisch.
- Wird die Zusammensetzung (d) als Kathoden-Aktivmasse einer Sekundärbatterie verwendet, so nimmt die Kapazität der Batterie um 50% der Ausgangskapazität in jeweils Zehnerschritten der Lade-/Entladezyklen ab.
- Wird die Zusammensetzung (e) als Kathoden-Aktivmasse einer Sekundärbatterie verwendet, und x ist: 0,9 ≤ x ≤ 1,0, so ist die Menge des durch die Ausgangsladung aufgenommenen Lithiumions vermindert, was zu einer verminderten Kapazität der Batterie führt. Ist x: 1,0 ≤ x ≤ 1, 1, so ist die Kristallstruktur von einem kubischen System eines 4-V-Bereichs zu einem tetragonalen System eines 3-V-Bereichs durch · einen Jahn-Teller-Phasenübergang verändert, was zur Abnahme der Kapazität der Batterie bei wiederholten Lade-/Entladezyklen führt.
- Die Zusammensetzung (f) weist das Betriebspotential etwa eines 3,0 V-Bereichs auf und kann daher nicht als eine Kathoden-Aktivmasse einer Lithiumbatterie im 4-V- Bereich verwendet werden.
- Die Zusammensetzung (g) umfaßt eine Zusammensetzung ähnlich der Zusammensetzung (f) des 3-V-Bereichs. Um diese Aktivmasse herzustellen, ist ein Mangan- Ausgangsstoff mit einer spezifischen Oberfläche von 5 bis 50 m²/g erforderlich. Allerdings weist ein Pulver mit einer großen spezifischen Oberfläche eine starke Kohäsionskraft auf und kann daher nicht gleichmäßig mit einem Lithium-Ausgangsstoff vermischt werden. Es ist darüber hinaus erforderlich, das Gemisch nach Vermengung der Mangan- und Lithium-Ausgangsstoffe bei 500ºC oder weniger für 2 Stunden oder mehr und dann bei 850ºC oder weniger für 1 bis 50 Stunden zu calcinieren. Als Folge dessen ist die Produktionsleistung gering.
- Bei der Zusammensetzung (h) wird ein Teil einer Mangan-Stelle mit Lithium substituiert, um den Jahn-Teller-Phasenübergang zu kontrollieren und die Zykluseigenschaften zu verbessern. Nichtsdestotrotz vermindert schon die Substitution von Mangan durch 3,0% Lithium die Entladungskapazität um etwa 20%.
- Demzufolge besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung im Lösen der obengenannten Probleme durch Bereitstellen eines Verfahrens zur Herstellung eines spinellartigen Lithium-Mangan-Komplexoxids für eine Kathoden-Aktivmasse einer Lithium-Sekundärbatterie. Das spinellartige Lithium-Mangan-Komplexoxid dient der Verwendung als einer Kathoden-Aktivmasse einer Lithium-Sekundärbatterie des 4-V-Bereichs, mit der eine hohe Ladungs-/Entladungskapazität, ausgezeichnete Eigenschaften des Lade-/Entladezyklus und das spinellartige Lithium-Mangan- Komplexoxid bereitgestellt werden.
- Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines neuartigen Lithium-Mangan-Komplexoxids für eine Kathoden-Aktivmasse einer Lithium- Sekundärbatterie bereit, wobei das spinellartige Lithium-Mangan-Komplexoxid einen mittleren Teilchendurchmesser von 1 bis 5 Mikrometer und eine spezifische Oberfläche von 2 bis 10 m²/g aufweist.
- Bei obigem spinellartigen Lithium-Mangan-Komplexoxid kann das spinellartige Lithium-Mangan-Komplexoxid dargestellt werden durch die Formel Li(Mn2-xLix)O&sub4;, worin x ist: 0 ≤ x ≤ 0,1, und bevorzugter x ist: 0 < x < 0,02.
- Bei obigem spinellartigem Lithium-Mangan-Komplexoxid kann dieses spinellartige Lithium-Mangan-Komplexoxid dargestellt werden durch die Forme(Li(Mn2-xLix)O&sub4;, wobei x ist: 0 ≤ x ≤ 0,1, bevorzugter x ist: 0 < x < 0,02 und Mn teilweise substituiert ist durch Cr, Ni, Fe, Co, Mg oder Li.
- Mit diesem zusammengesetzten Komplexoxid wird das obengenannten Problem der hohen Oberflächenaktivität gelöst, die für eine Kathoden-Aktivmasse einer Lithium- Sekundärbatterie geeignet ist.
- Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung des spinellartigen Lithium-Mangan-Komplexoxids, wie oben beschrieben, bereit, umfassend die folgenden Schritte:
- 1) Atomisieren und Pyrolysieren von zumindest einem aus einer wässrigen Lösung und einer alkoholischen Lösung von Verbindungen, enthaltend Metallsalze, aus denen ein spinellartiges Lithium-Mangan-Komplexoxid besteht, um dieses Komplexoxid zu erhalten, und 2) Ausglühen des spinellartigen Lithium-Mangan- Komplexoxids zur Erhöhung seines mittleren Teilchendurchmessers auf zwischen 1 und 5 Mikrometer und Einstellen seiner spezifischen Oberfläche auf zwischen 2 und 90 m²/g.
- Bei obigem Verfahren kann die Atomisier- und Pyrolysiertemperatur zwischen 500 und 900ºC und die Ausglühtemperatur zwischen 600 und 850ºC betragen.
- Bei obigem Verfahren können die Komplexoxide, die die Metallsalze enthalten, mindestens eines von Lithiumnitrat, Lithiumacetat und Lithiumformat und mindestens eines von Mangannitrat, Manganacetat und Manganformat sein.
- Wird die wässrige Lösung und/oder alkoholische Lösung der Verbindungen, enthaltend die metallischen Elemente, aus denen das spinellartige Lithium-Mangan- Komplexoxid besteht, in eine erhitzte Atmosphäre gesprüht, so findet eine sofortige Pyrolyse statt, was aufgrund der chemischen Selbstzersetzung einem Mahlvorgang gleichkommt. Folglich kann das feine Komplexoxid mit der hohen Oberflächenaktivität erhalten werden. Wird dieses Komplexoxid dann ausgeglüht, so erhöht dies den mittleren Teilchendurchmesser auf zwischen 1 und 5 Mikrometer, wobei die spezifische Oberfläche auf 2 bis 10 m²/g eingestellt wird. In dieser Weise kann das Komplexoxid mit der hohen Oberflächenaktivität, das als Kathoden-Aktivmasse einer Lithium-Sekundärbatterie geeignet ist, erhalten werden.
- Die metallischen Elemente, aus denen das spinellartige Lithium-Mangan- Komplexoxid besteht, sind Li und Mn als auch Substituenten zur Verbesserung der Lade-/Entladeeigenschaften, wie z. B. Cr, Ni, Fe, Co, Mg und Li [dieses Li ist ein Substituent der Mn-Stelle (oktaedrischen Steile), das vom Li in der tetraedrischen Stelle verschieden ist), wie je nach Erfordernissen zur Substitution der Mn-Stelle zuzugeben. Typische Beispiele der wasserlöslichen Verbindungen, umfassend diese metallischen Elemente, sind ein Acetat, ein Format, ein Nitrat und ein Chlorid. Diese Verbindungen sind wesentlich preisgünstiger als eine organische Verbindung, bei der ein Wasserstoffion in einem Molekül durch ein Metallion, z. B. ein Alkoxid, substituiert ist. Durch diese Verbindungen fassen sich die Kosten der Ausgangsstoffe reduzieren, was von industriellem Vorteil ist.
- In dieser Weise kann durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung ein gleichförmiges spinellartiges Lithium-Mangan-Komplexoxid mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 1 bis 5 Mikrometern und einer spezifischen Oberfläche von 2 bis 10 m²/g bereitgestellt werden.
- Demzufolge kann, wenn dieses Komplexoxid, bevorzugt das durch die Formel Li(Mn2-xLix)O&sub4; dargestellte Komplexoxid, worin x ist: 0 ≤ x ≤ 0,1, bevorzugter das durch die Formel Li(Mn2-xLix)O&sub4; dargestellte Komplexoxid, worin x ist: 0 < x < 0,02, als eine Kathoden-Aktivmasse einer Sekundärbatterie verwendet wird, eine Lithium- Sekundärbatterie, die ausgezeichnet hinsichtlich der Eigenschaften des Lade- /Entiadezyklus und des Speicherverhaltens ist, erhalten werden.
- Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die folgenden Ausführungsformen spezifisch weiter veranschaulicht.
- In Abb. 1 ist eine Querschnittsansicht gezeigt, die ein Beispiel einer Lithium- Sekundärbatterie veranschaulicht.
- Zunächst wurden Lithiumnitrat, Lithiumacetat, Lithiumformat, Mangannitrat, Manganacetat und Manganformat als die Verbindungen von Metallsalzen hergestellt, aus denen ein Lithium-Mangan-Komplexoxid besteht. Um ein durch die Formel Li(Mn2-xLix)O&sub4; (worin 0 ≤ x ≤ 0,1), wie in Tabelle 1 gezeigt, dargestelltes Lithium- Mangan-Komplexoxid zu erhalten, wurden diese Verbindungen dann exakt abgewogen und in einen Behälter eingespeist. Dem wurden 1.000 ml eines Lösungsmittelgemischs aus Wasser und Alkohol (Volumenverhältnis 1 : 1) zugegeben und unter Rühren darin aufgelöst.
- Anschließend wurde dieses Lösungsmittelgemisch bei einer Geschwindigkeit von 1.200 ml/Std. durch eine Düse in einem senkrechten Keramikröhren-Reaktor, der auf eine zuvor festgelegte Temperatur von 400 bis 900ºC eingestellt war, atomisiert und pyrolysiert, um ein Pulver eines Komplexoxids zu erhalten. Das resultierende Komplexoxid wurde dann in eine Aluminiumoxidplatte eingefüllt und bei einer zuvor festgelegten Temperatur von 500 bis 900ºC über 2 Std. hinweg ausgeglüht. In dieser Weise wurden die in Proben Nrn. 1 bis 26 in Tabelle 1 gezeigten Lithium-Mangan- Komplexoxide erhalten. Zu beachten ist, daß die Lithium-Mangan-Komplexoxide der mit Sternchen versehenen Proben Nrn. 14 und 18 Verbindungen sind, die nicht gemäß des Verfahrens der Erfindung hergestellt wurden.
- Ein in Probe Nr. 27 in Tabelle 1 gezeigtes Lithium-Mangan-Komplexoxid der Formel LiMn&sub2;O&sub4; wurde mittels einer Schmelzimprägnier-Methode als Vergleichsbeispiel hergestellt. Das heißt, daß zunächst Lithiumnitrat und elektrolytisches Mangandioxid als Ausgangsstoffe hergestellt wurden. Dann wurden 1 Mol Lithiumnitrat und 2 Mol elektrolytisches Mangandioxid exakt abgewogen und unter Verwendung einer Kugelmühle gemahlen und vermischt. Das Gemisch wurde dann bei 700ºC über 2 Stunden hinweg zum Erhalt des Komplexoxids calciniert. Tabelle 1
- Die Aufnahmen der oben erhaltenen Komplexoxid-Pulver wurden mittels eines Rasterelektronenmikroskops (SEM) zur Messung ihrer Teilchendurchmesser angefertigt. Außerdem wurde die spezifische Oberfläche der Komplexoxide mittels eines Stickstoff-Adsorptionsverfahrens gemessen. Darüber hinaus wurde die Identifizierung der Komplexoxide mittels einer Röntgenstrahlen-Diffraktionsanalyse (XRD) vorgenommen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt. In Tabelle 2 steht LM für spinellartiges Lithium-Mangan-Komplexoxid und MO für Mn&sub2;O&sub3;. Tabelle 2
- Unter Verwendung der obengenannten Komplexoxide als Kathoden-Aktivmassen wurden Sekundärbatterien hergestellt.
- Das heißt, daß das Pulver jeden obengenannten Komplexoxids, Acetylenschwarz als ein elektrisch leitendes Mittel und Polytetraethylen als ein Bindemittel, miteinander verknetet wurden und das Gemisch zu einer Platte geformt wurde. Diese Platte wurde zum Erhalt einer Kathode auf ein SUS-Gitter gepreßt.
- Anschließend wurde, wie in Abb. 1 gezeigt, zwischen die obengenannte Kathode 3 und ein Lithiummetall als einer Anode 4 ein Polypropylen-Trennmaterial 5 eingelegt, wobei die Seite des SUS-Gitters der Kathode 3 nach außen zu liegen kam, und das Produkt wurde in ein Edelstahl-Kathodengehäuse 1 bei nach unten zeigender Kathode 3 eingebracht. Das Trennmaterial 5 war in ein Elektrolyt eingetaucht worden. Eine Lösung von Lithiumperchlorat in einem Lösungsmittelgemisch aus Propylencarbonat und 1,1-Dimethoxyethan wurde als das Elektrolyt verwendet. Daraufhin wurde eine Öffnung eines Kathodengehäuses 1 mit einer negativen Edelstahl-Elektrode 2 über einem dazwischengepackten Isoliermaterial verschweißt, um die in Tabelle 2 gezeigte Lithium-Sekundärbatterie zu vervollständigen.
- Dann wurde die resultierende Lithium-Sekundärbatterie einem Ladungs-/Entladungstest von 100 Zyklen unter derartigen Bedingungen unterzogen, daß die Lade-/Entlade-Stromdichte 0,5 mA/cm³, die Ladungs-Grenzspannung 4,3 V und die Entlade- Endspannung 3,0 V betrug. Dann wurde die Sekundärbatterie nach Abschluß des Lade-/Entladezyklus-Tests auseinandergenommen und der Zustand (Vorhandensein oder Nicht-Vorhandensein von Ablösen) der Kathode visuell untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt. Tabelle 3
- Aus den Ergebnissen in Tabellen 1 und 2 ist feststellbar, daß dann, wenn die Lösung der metallischen Elemente, aus denen das Lithium-Mangan-Komplexoxid besteht, atomisiert und pyrolysiert und dann ausgeglüht wird, ein Komplexoxid erhalten wird, bei dem der mittlere Teilchendurchmesser auf 1 bis 5 Mikrometer erhöht und die spezifische Oberfläche auf 2 bis 10 m²/g eingestellt ist. Außerdem handelt es sich bei dem Komplexoxid um ein spinellartiges Lithium-Mangan-Komplexoxid. Wird dieses Komplexoxid als ein Kathodenmaterial verwendet, so wird eine Lithium- Sekundärbatterie erhalten, die ausgezeichnet hinsichtlich der Ausgangskapazität und der Eigenschaften des Lade-/Entladezyklus ist und die frei von Ablösen in der Batterie ist.
- Die spezifische Pyrolysetemperatur beträgt bevorzugt 500 bis 900ºC. Ist sie höher · als 500ºC, so wird eine Einzelphase eines spinellartigen Lithium-Mangan-Komplexoxids erhalten. Ihre Obergrenze liegt unterhalb der Temperatur, bei der das spinellartige Lithium-Mangan-Komplexoxid nicht mehr pyrolysierbar wäre.
- Die spezifische Ausglühtemperatur beträgt bevorzugt zwischen 600 und 850ºC. Das heißt, daß bei der Ausglühtemperatur von 600 bis 850ºC das spinellartige Lithium- Mangan-Komplexoxid in einem Teilchendurchmesser erhalten werden kann, der als eine Kathoden-Aktivmasse einer Lithium-Sekundärbatterie geeignet ist.
- Beim Vergleich der Proben Nrn. 4 bis 12 ist feststellbar, daß dann, wenn die Menge x der Substitution von Mangan durch Lithium 0 < x in der Formel Li(Mn2-xLix)O&sub4; beträgt, eine Kontrolle über den Jahn-Teller-Phasenübergang bewirkt und eine Abnahme der Kapazität beim Lade-/Entladezyklus verhindert. Beträgt die Menge x der Substitution 0,10 oder weniger, bevorzugt weniger als 0,02, so kann eine höhere Ausgangskapazität erzielt werden. Demgemäß ist x in der Formel Li(Mn2-xLix)O&sub4; bevorzugt 0 ≤ x ≤ 0,1, bevorzugter 0 < x < 0,02.
- Beim obengenannten Beispiel waren die Verbindungen der metallischen Elemente, aus denen das Komplexoxid der Formel Li(Mn2-xLix)O&sub4; besteht, Nitrate, Acetate oder Formate. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese beschränkt. Das heißt, daß Verbindungen, die in Wasser oder Alkohol löslich sind, wie z. B. Chloride, ebenfalls je nach Wunsch verwendet werden können.
- Probe Nr. 25, bei der Lithiumnitrat als eine Li-Verbindung und Magnesiumformat als eine Mn-Verbindung aus den Verbindungen der metallischen Elemente verwendet wird, aus denen die Verbindung der Formel Li(Mn2-xLix)O&sub4; besteht, zeigt eine höhere Entladungskapazität als Probe Nr. 19, bei der Lithiumacetat und Manganacetat verwendet werden, oder als Probe Nr. 20, bei der Lithiumformat und Manganformat verwendet werden, wobei die Entladungskapazität der Probe Nr. 25 ebenso hoch ist wie die der Probe Nr. 16, bei der Lithiumnitrat und Mangannitrat verwendet werden. Werden Lithiumnitrat und Manganformat verwendet, so findet die durch die Formel (1) dargestellte Reaktion statt, wobei die Menge an gebildetem NO&sub2; ein Fünftel der des NO&sub2; ist, wenn Lithiumnitrat und Mangannitrat verwendet werden, wobei die · durch die Formel (2) dargestellte Reaktion eintritt. Dabei läßt sich durch die Reaktion entstandenes Abgas leicht behandeln. Demzufolge werden am bevorzugtesten Lithiumnitrat und Manganformat als Verbindungen der metallischen Elemente verwendet, aus denen das Komplexoxid der Formel Li(Mn2-xLix)O&sub4; besteht.
- LINO&sub3; + 2Mn(HCOO)&sub2; + 2,5O&sub2;→
- LiMN&sub2;O&sub4; + 4CO&sub2; + NO&sub2; + 2H&sub2;O (1)
- LiNO&sub3; + 2Mn(NO&sub3;)&sub2;→
- LiMN&sub2;O&sub4; + 5NO&sub2; + 0,50&sub2; (2)
- Ist das spinellartige Lithium-Mangan-Komplexoxid das Oxid einer anderen Verbindung als Li(Mn2-xLix)O&sub4;, wie durch Substitution eines Teils einer Mn-Stelle von Li(Mn2-xLix)O&sub4; durch Cr, Ni, Fe, Co oder Mg erhalten, so können dieselben Wirkungen erzielt werden.
Claims (7)
1. Verfahren zur Herstellung eines spinellartigen Lithium-Mangan-Komplexoxids für
eine Kathoden-Aktivmasse einer Lithium-Sekundärbatterie, umfassend die
folgenden Schritte:
1) Atomisieren und Pyrolysieren von zumindest einem aus einer wässrigen
Lösung und einer alkoholischen Lösung von Verbindungen, enthaltend
Metallelemente, aus denen ein spinellartiges Lithium-Mangan-Komplexoxid
besteht, um dieses Komplexoxid zu erhalten, und
2) Ausglühen des spinellartigen Lithium-Mangan-Komplexoxids zur Erhöhung
seines mittleren Teilchendurchmessers auf zwischen 1 und 5 Mikrometer und
Einstellen seiner spezifischen Oberfläche auf zwischen 2 und 10 m²/g.
2. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Atomisier- und
Pyrolysiertemperatur zwischen 500 und 900ºC beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Ausglühtemperatur zwischen 600 und 850ºC beträgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Verbindungen, die die metallischen Elemente enthalten, mindestens eines von
Lithiumnitrat, Lithiumacetat und Lithiumformat und mindestens eines von
Mangannitrat, Manganacetat und Manganformat sind.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das
spinellartige Lithium-Mangan-Komplexoxid dargestellt ist durch die Formel
Li(Mn2-xLix)O&sub4;, worin x ist: 0 ≤ x ≤ 0,1.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das
spinellartige Lithium-Mangan-Komplexoxid dargestellt ist durch die Formel
Li(Mn2-xLix)O&sub4;, worin x ist: 0 < x < 0,02.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß Mn teilweise
substituiert ist durch Cr, Ni, Fe, Co oder Mg.
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