FR3138575A1 - METHOD FOR PREPARING AN ACTIVE MATERIAL FOR HIGH CAPACITY BATTERY, AND ITS USE - Google Patents
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Abstract
La présente invention porte notamment sur un procédé de préparation d'un matériau actif pour batterie haute capacité, et un procédé de préparation d’une batterie lithium-ion. Le procédé de préparation comporte les étapes suivantes consistant à : mélanger un colloïde d’hydroxyde de fer avec une source de carbone, et sécher par pulvérisation le mélange résultant pour obtenir un nano-oxyde de fer dopé au carbone ; mélanger le nano-oxyde de fer avec une source de lithium, et fritter dans une atmosphère inerte pour obtenir un matériau fritté ; mélanger le matériau fritté, un polymère organique et un solvant organique, broyer par voie humide, et sécher par pulvérisation un matériau broyé résultant sous une atmosphère protectrice pour obtenir un matériau sec ; et fritter le matériau sec dans une atmosphère inerte pour obtenir le matériau actif pour batterie. Figure pour l’abrégé : figure 1The present invention relates in particular to a method for preparing an active material for a high-capacity battery, and a method for preparing a lithium-ion battery. The preparation method comprises the following steps: mixing an iron hydroxide colloid with a carbon source, and spray drying the resulting mixture to obtain a carbon-doped nano iron oxide; mixing the nano-iron oxide with a lithium source, and sintering in an inert atmosphere to obtain a sintered material; mixing the sintered material, an organic polymer and an organic solvent, wet grinding, and spray drying a resulting ground material under a protective atmosphere to obtain a dry material; and sintering the dry material in an inert atmosphere to obtain the battery active material. Figure for abstract: figure 1
Description
La présente divulgation appartient au domaine technique de matériaux pour batterie lithium-ion («lithium-ion battery» en langue anglaise, ou LIB), et concerne en particulier un procédé de préparation d'un matériau actif pour batterie haute capacité, et un procédé de préparation d’une batterie lithium-ion.The present disclosure belongs to the technical field of materials for lithium-ion batteries (“ lithium-ion battery ” in English, or LIB), and relates in particular to a process for preparing an active material for a high-capacity battery, and to a process preparation of a lithium-ion battery.
À l'heure actuelle, des véhicules à nouvelle énergie nécessitent que les batteries d'alimentation aient une autonomie de déplacement croissante, ce qui met en avant des exigences avancées concernant la capacité de recyclage de matériaux pour batterie d'alimentation. Il est bien connu que, lorsqu'une LIB est chargée et déchargée pour la première fois, en raison de la formation d'un film d'interface d'électrolyte solide («solid electrolyte interface» en langue anglaise, ou SEI), des ions lithium ne peuvent pas être renvoyés à 100 % vers une électrode positive et certains ions lithium seront perdus, de sorte que la première capacité de charge et de décharge et la capacité de cyclage de la LIB ne peuvent pas être pleinement déployées. Afin de résoudre le problème ci-dessus, certaines substances à capacité ultra élevée sont généralement ajoutées à un matériau de cathode pour amélioration.At present, new energy vehicles require power batteries to have increasing travel range, which puts forward advanced requirements for the recycling capacity of power battery materials. It is well known that, when an LIB is charged and discharged for the first time, due to the formation of a solid electrolyte interface (SEI) film, Lithium ions cannot be 100% returned to a positive electrode and some lithium ions will be lost, so the first charge and discharge capacity and cycling capacity of the LIB cannot be fully deployed. In order to solve the above problem, some ultra-high capacity substances are usually added to cathode material for improvement.
Li5FeO4a une capacité théorique ultra-élevée, et ainsi l’ajout de Li5FeO4selon une quantité spécifiée à un matériau de cathode peut réduire efficacement la perte d'ions lithium pendant la première charge et décharge. Les procédés de synthèse actuels de Li5FeO4font encore face à certains problèmes. Par exemple, un matériau synthétisé a une grande taille de particule, ayant pour résultat un long chemin de migration d'ions lithium, une capacité relativement faible, et de faibles stabilité et conductivité électrique. Compte tenu des problèmes ci-dessus, une taille de particule d'un matériau est généralement réduite en réduisant une taille de particule d'oxyde de fer, mais il est difficile de faire en sorte que l'oxyde de fer présente une taille de particule à échelle nanométrique. De plus, l'oxyde de fer à échelle nanométrique sur le marché est cher, son approvisionnement est faible, et il ne présente aucun avantage en termes de coût. De plus, parmi les technologies de revêtement de carbone actuelles, il existe une technologie dans laquelle une matière organique gazeuse de faible poids moléculaire est utilisée pour un revêtement à la vapeur sur une surface d'un matériau, ce qui peut améliorer la conductivité électrique et la stabilité du matériau dans une certaine mesure. Cependant, le revêtement à la vapeur a des exigences élevées pour une production et un équipement sûrs, ce qui n'est pas propice à une industrialisation.Li 5 FeO 4 has an ultra-high theoretical capacity, and so adding Li 5 FeO 4 in a specified amount to a cathode material can effectively reduce the loss of lithium ions during the first charge and discharge. Current synthesis processes for Li 5 FeO 4 still face some problems. For example, a synthesized material has a large particle size, resulting in a long lithium ion migration path, relatively low capacity, and low stability and electrical conductivity. Considering the above problems, a particle size of a material is generally reduced by reducing a particle size of iron oxide, but it is difficult to make the iron oxide exhibit a particle size on a nanoscale. In addition, nanoscale iron oxide on the market is expensive, its supply is low, and it has no cost advantage. In addition, among current carbon coating technologies, there is a technology in which a low molecular weight organic gaseous material is used for vapor coating on a surface of a material, which can improve the electrical conductivity and the stability of the material to a certain extent. However, steam coating has high requirements for safe production and equipment, which is not conducive to industrialization.
La présente divulgation est destinée à résoudre au moins l'un des problèmes techniques existant dans la technique antérieure. Pour cette raison, la présente divulgation fournit un procédé de préparation d'un matériau actif pour batterie haute capacité, et un procédé de préparation d’une batterie lithium-ion.The present disclosure is intended to resolve at least one of the technical problems existing in the prior art. For this reason, the present disclosure provides a method for preparing an active material for a high-capacity battery, and a method for preparing a lithium-ion battery.
Selon un aspect de la présente divulgation, un procédé de préparation d'un matériau actif pour batterie haute capacité est fourni, comprenant les étapes suivantes consistant à :According to one aspect of the present disclosure, a method for preparing an active material for a high capacity battery is provided, comprising the following steps consisting of:
S1 : mélanger un colloïde d'hydroxyde de fer avec au moins une source de carbone, et sécher par pulvérisation le mélange résultant pour obtenir un nano-oxyde de fer dopé au carbone ;S1: mixing an iron hydroxide colloid with at least one carbon source, and spray-drying the resulting mixture to obtain a carbon-doped nano-iron oxide;
S2 : mélanger le nano-oxyde de fer avec au moins une source de lithium, et fritter sous une atmosphère inerte pour obtenir un matériau fritté ;S2: mixing the nano-iron oxide with at least one lithium source, and sintering under an inert atmosphere to obtain a sintered material;
S3 : mélanger le matériau fritté, au moins un polymère organique, et au moins un solvant organique, broyer par voie humide sous atmosphère protectrice, et sécher par pulvérisation le matériau broyé résultant sous atmosphère protectrice pour obtenir un matériau sec ; etS3: mixing the sintered material, at least one organic polymer, and at least one organic solvent, wet grinding under a protective atmosphere, and spray drying the resulting ground material under a protective atmosphere to obtain a dry material; And
S4 : fritter («sintering» en langue anglaise) le matériau sec sous une atmosphère inerte pour obtenir le matériau actif pour batterie.S4: sintering the dry material under an inert atmosphere to obtain the active battery material.
Dans certains modes de réalisation de la présente divulgation, dans l’étape S1, le colloïde d’hydroxyde de fer est préparé de la manière suivante : ajout, de préférence lentement, d’une solution de sel de fer à de l’eau, de préférence chaude, sous chauffage et agitation, et maintient au chaud du mélange résultant pendant une période de temps spécifiée pour obtenir le colloïde d’hydroxyde de fer. Le colloïde d’hydroxyde de fer est préparé en chauffant une solution de sel de fer dans de l’eau pour permettre une réaction d’hydrolyse. En outre, l’eau est de l’eau désionisée présentant une teneur en impuretés inférieure ou égale à 1 000 ppm ; en outre, la solution de sel de fer présente une concentration de 0,1 mol/L à 12 mol/L ; en outre, la solution de sel de fer est chauffée à 80 °C ou plus ; et en outre, une fois l’ajout terminé, le mélange est maintenu au chaud pendant 10 min ou plus.In some embodiments of the present disclosure, in step S1, the iron hydroxide colloid is prepared as follows: adding, preferably slowly, an iron salt solution to water, preferably hot, under heating and stirring, and keeps the resulting mixture warm for a specified period of time to obtain the iron hydroxide colloid. Iron hydroxide colloid is prepared by heating a solution of iron salt in water to allow a hydrolysis reaction. In addition, water is deionized water with an impurity content of 1000 ppm or less; in addition, the iron salt solution has a concentration of 0.1 mol/L to 12 mol/L; further, the iron salt solution is heated to 80°C or higher; and furthermore, once the addition is complete, the mixture is kept warm for 10 min or more.
Dans certains modes de réalisation de la présente divulgation, dans l’étape S1, l’eau chaude a une température de 80 °C ou plus, en particulier de 80°C à 100°C. Avantageusement, la solution de sel de fer et l’eau sont chauffés à une température de 80 °C ou plus, en particulier de 80°C à 100°C.In some embodiments of the present disclosure, in step S1, the hot water has a temperature of 80°C or more, particularly 80°C to 100°C. Advantageously, the iron salt solution and the water are heated to a temperature of 80°C or more, in particular from 80°C to 100°C.
Dans certains modes de réalisation de la présente divulgation, dans l’étape S1, la ou les sources de carbone sont choisies parmi nanotube de carbone (CNT), noir de carbone conducteur, poudre de graphite, polyéthylèneimine (PEI), glucose, alcool polyvinylique (PVA) et leurs mélanges. En outre, la source de carbone a une taille de particule en volume Dv50 allant de 0,5 µm à 3 µm.In certain embodiments of the present disclosure, in step S1, the carbon source(s) are selected from carbon nanotube (CNT), conductive carbon black, graphite powder, polyethyleneimine (PEI), glucose, polyvinyl alcohol (PVA) and their mixtures. In addition, the carbon source has a volume particle size Dv50 ranging from 0.5 µm to 3 µm.
Dans certains modes de réalisation de la présente divulgation, dans l’étape S1, le séchage par pulvérisation est effectué à une température allant de 180 °C à 250 °C.In some embodiments of the present disclosure, in step S1, spray drying is carried out at a temperature ranging from 180°C to 250°C.
Dans certains modes de réalisation de la présente divulgation, dans l’étape S1, pendant le séchage par pulvérisation, le mélange doit être remué à une vitesse de rotation de 100 tours/min à 500 tours/min.In some embodiments of the present disclosure, in step S1, during spray drying, the mixture is to be stirred at a rotational speed of 100 rpm to 500 rpm.
Dans certains modes de réalisation de la présente divulgation, dans l’étape S1, la ou les sources de carbone ont été ajoutées selon une quantité allant de 5 % à 30 % en poids, par rapport à la masse du nano-oxyde de fer obtenu.In certain embodiments of the present disclosure, in step S1, the carbon source(s) were added in an amount ranging from 5% to 30% by weight, relative to the mass of the nano-iron oxide obtained. .
Dans certains modes de réalisation de la présente divulgation, dans l’étape S1, le nano-oxyde de fer a une surface spécifique Brunauer–Emmett–Teller (BET) allant de 28 m2/g à 58 m2/g et une taille de particule en volume Dv50 allant de 100 nm à 700 nm.In some embodiments of the present disclosure, in step S1, the nano-iron oxide has a Brunauer–Emmett–Teller (BET) specific surface area ranging from 28 m 2 /g to 58 m 2 /g and a size of particle volume Dv50 ranging from 100 nm to 700 nm.
Dans certains modes de réalisation de la présente divulgation, dans l’étape S2, la ou les sources de lithium sont choisies parmi monohydrate d’hydroxyde de lithium, hydroxyde de lithium anhydre, oxyde de lithium et leurs mélanges, et un rapport molaire entre le lithium dans la source de lithium et le fer dans le nano-oxyde de fer va de 5,0 à 5,8.In certain embodiments of the present disclosure, in step S2, the lithium source(s) are selected from lithium hydroxide monohydrate, anhydrous lithium hydroxide, lithium oxide and mixtures thereof, and a molar ratio between the lithium in lithium source and iron in nano-iron oxide ranges from 5.0 to 5.8.
Dans certains modes de réalisation de la présente divulgation, dans l’étape S2, le frittage («sintering» en langue anglaise) est effectué à une température allant de 600 °C à 900 °C. En outre, le frittage est effectué pendant 8 h à 36 h.In certain embodiments of the present disclosure, in step S2, sintering is carried out at a temperature ranging from 600°C to 900°C. Additionally, sintering is carried out for 8 h to 36 h.
Dans certains modes de réalisation de la présente divulgation, dans l’étape S3, le ou les polymères organiques sont choisis parmi les polypyrroles (PPy), les polythiophènes (PT), les polyacétylènes (PA), les polyphénylènes, les polyphénylacétylènes (PPA) et leurs mélanges. En outre, le ou les polymères organiques ont été ajoutés selon une quantité allant de 0,1 % à 3 % en poids de la masse théorique du matériau actif pour batterie obtenu.In certain embodiments of the present disclosure, in step S3, the organic polymer(s) are chosen from polypyrroles (PPy), polythiophenes (PT), polyacetylenes (PA), polyphenylenes, polyphenylacetylenes (PPA) and their mixtures. In addition, the organic polymer(s) were added in an amount ranging from 0.1% to 3% by weight of the theoretical mass of the active battery material obtained.
Dans certains modes de réalisation de la présente divulgation, dans l’étape S3, le ou les solvants organiques sont choisis parmi la triéthanolamine (TEA), le N-méthylpyrrolidone (NMP), le 2-hydroxyéthylamine, le glycérol, l’éther di-n-pentylique (DNPE) et leurs mélanges. Par comparaison à des solvants organiques à faible point d’éclair tels que le méthanol et l’éthanol, le solvant organique adopté dans la présente divulgation a un point d’éclair relativement plus élevé, ce qui assure le déroulement uniforme du séchage par pulvérisation.In certain embodiments of the present disclosure, in step S3, the organic solvent(s) are chosen from triethanolamine (TEA), N-methylpyrrolidone (NMP), 2-hydroxyethylamine, glycerol, ether di -n-pentyl (DNPE) and mixtures thereof. Compared with low flash point organic solvents such as methanol and ethanol, the organic solvent adopted in the present disclosure has a relatively higher flash point, which ensures the uniform progress of spray drying.
Dans certains modes de réalisation de la présente divulgation, dans l’étape S3, le broyage par voie humide est effectué de la manière suivante : ajout du matériau fritté au solvant organique, réalisation d’un concassage grossier par voie humide sous atmosphère protectrice, et réalisation d’un broyage à sable («sand-grinding» en langue anglaise) au cours duquel le polymère organique est ajouté pour obtenir le matériau broyé. En outre, le concassage grossier par voie humide est effectué à une vitesse de rotation allant de 400 tours/min à 800 tours/min, et un matériau obtenu après le concassage grossier par voie humide présente une taille de particule Dv50 inférieure ou égale à 20 μm. En outre, le broyage à sable est effectué à une vitesse de rotation allant de 2 000 tours/min à 3 000 tours/min.In some embodiments of the present disclosure, in step S3, the wet grinding is carried out as follows: adding the sintered material to the organic solvent, performing coarse wet crushing under a protective atmosphere, and carrying out sand grinding (“ sand-grinding ” in English) during which the organic polymer is added to obtain the crushed material. In addition, the coarse wet crushing is carried out at a rotation speed ranging from 400 rpm to 800 rpm, and a material obtained after the coarse wet crushing has a particle size Dv50 of 20 or less. μm. In addition, sand grinding is carried out at a rotation speed ranging from 2000 rpm to 3000 rpm.
Dans certains modes de réalisation de la présente divulgation, dans l’étape S3, le matériau broyé a une taille de particule en volume Dv50 allant de 0,5 μm à 3 μm.In some embodiments of the present disclosure, in step S3, the ground material has a volume particle size Dv50 ranging from 0.5 μm to 3 μm.
Dans certains modes de réalisation de la présente divulgation, dans l’étape S3, le séchage par pulvérisation est effectué à une température allant de 150 °C à 220 °C.In some embodiments of the present disclosure, in step S3, spray drying is carried out at a temperature ranging from 150°C to 220°C.
Dans certains modes de réalisation de la présente divulgation, dans l’étape S4, le frittage est effectué à une température allant de 200 °C à 600 °C, plus préférentiellement de 400 °C à 600 °C. Et selon un mode de réalisation particulier, dans l’étape S4, le frittage est effectué à une température allant de de 200°C à 400°C. En outre, le frittage est effectué avantageusement pendant 2 h à 10 h.In certain embodiments of the present disclosure, in step S4, the sintering is carried out at a temperature ranging from 200°C to 600°C, more preferably from 400°C to 600°C. And according to a particular embodiment, in step S4, the sintering is carried out at a temperature ranging from 200°C to 400°C. In addition, the sintering is advantageously carried out for 2 h to 10 h.
Dans certains modes de réalisation de la présente divulgation, dans l’étape S4, un matériau obtenu après frittage est tamisé, et le matériau actif pour batterie obtenu a une taille de particule en volume Dv50 allant de 2 μm à 8 μm.In some embodiments of the present disclosure, in step S4, a material obtained after sintering is sieved, and the obtained battery active material has a volume particle size Dv50 ranging from 2 μm to 8 μm.
La présente divulgation concerne également un procédé de préparation d’une batterie lithium-ion (LIB) comprenant au moins les étapes S1 à S4 selon l’invention.The present disclosure also relates to a method for preparing a lithium-ion battery (LIB) comprising at least steps S1 to S4 according to the invention.
Selon un mode de réalisation préféré de la présente divulgation, la présente divulgation présente au moins les effets bénéfiques suivants :According to a preferred embodiment of the present disclosure, the present disclosure has at least the following beneficial effects:
1. La présente divulgation adopte un colloïde d’hydroxyde de fer comme source de fer. Par comparaison à de l’hydroxyde de fer préparé par une réaction directe entre une source de fer et une liqueur alcaline, puis par précipitation, le colloïde d’hydroxyde de fer a une meilleure dispersibilité et aboutit à des particules d’oxyde de fer plus petites, ce qui est propice à la préparation ultérieure de Li5FeO4à petites particules ; et le matériau d’hydroxyde de fer préparé par une réaction directe entre une source de fer et une liqueur alcaline est sujet à une agglomération et a une grande taille de particule et une tension de plate-forme élevée. De plus, dans la présente divulgation, au moins une source de carbone conductrice est introduite dans le colloïde d’hydroxyde de fer, ce qui peut non seulement bloquer la croissance à l’état fondu du matériau pendant le frittage pour faire en sorte que les particules synthétisées aient une petite taille de particule, mais aussi aider à améliorer la conductivité électrique du matériau.1. The present disclosure adopts iron hydroxide colloid as the iron source. Compared to iron hydroxide prepared by a direct reaction between an iron source and an alkaline liquor, followed by precipitation, the iron hydroxide colloid has better dispersibility and results in more iron oxide particles. small, which is conducive to the subsequent preparation of small particle Li 5 FeO 4 ; and the iron hydroxide material prepared by a direct reaction between an iron source and an alkaline liquor is prone to agglomeration and has a large particle size and high platform tension. Additionally, in the present disclosure, at least one conductive carbon source is introduced into the iron hydroxide colloid, which can not only block the melt growth of the material during sintering to ensure that the Synthesized particles have a small particle size, but also help improve the electrical conductivity of the material.
2. Dans la présente divulgation, le bloc Li5FeO4synthétisé par frittage est broyé par voie humide dans un solvant organique et sous atmosphère protectrice pour réduire efficacement une taille de particule du matériau, ce qui peut empêcher le matériau de se détériorer dans l’air et est propice à raccourcir un chemin de migration d’ions lithium, améliorant ainsi une capacité du matériau. Le polymère organique est ajouté pendant le broyage à sable pour former une couche de revêtement de nano-carbone sur une surface du matériau. Le polymère organique utilisé dans la présente divulgation a une chaîne moléculaire plus grande qu’une matière organique générale de faible poids moléculaire et peut ainsi former une couche de revêtement relativement dense sur la surface du matériau, et afin d’assurer un effet de revêtement, une épaisseur de la couche de revêtement peut être régulée, ce qui peut améliorer davantage la stabilité et la conductivité électrique du matériau. Par comparaison au revêtement à la vapeur, la présente divulgation a des exigences inférieures concernant l’équipement et une sécurité supérieure.2. In the present disclosure, the Li 5 FeO 4 block synthesized by sintering is wet milled in an organic solvent and under a protective atmosphere to effectively reduce a particle size of the material, which can prevent the material from deterioration in the air and is conducive to shortening a lithium ion migration path, thus improving the capacity of the material. The organic polymer is added during sand grinding to form a nano-carbon coating layer on a surface of the material. The organic polymer used in the present disclosure has a larger molecular chain than a general low molecular weight organic material and can thus form a relatively dense coating layer on the surface of the material, and in order to ensure a coating effect, a thickness of the coating layer can be regulated, which can further improve the stability and electrical conductivity of the material. Compared to steam coating, the present disclosure has lower equipment requirements and higher safety.
Le matériau actif pour batterie haute capacité synthétisé par la présente divulgation implique un processus de synthèse simple, un faible coût de traitement, et un rendement élevé, et peut être facilement industrialisé.The high-capacity battery active material synthesized by the present disclosure involves a simple synthesis process, low processing cost, and high yield, and can be easily industrialized.
La présente divulgation est décrite de manière plus détaillée ci-dessous en se reportant aux dessins et exemples annexés.The present disclosure is described in more detail below with reference to the accompanying drawings and examples.
Le concept de la présente divulgation et les effets techniques produits par celle-ci vont être décrits clairement et complètement ci-dessous en référence aux exemples, de manière à permettre une parfaite compréhension des objectifs, des caractéristiques et des effets de la présente divulgation. Clairement, les exemples décrits ne sont que quelques-uns plutôt que tous les exemples de la présente divulgation. Tous les autres exemples obtenus par l’homme du métier sur la base des exemples de la présente divulgation sans efforts créatifs se trouvent dans la portée de protection de la présente divulgation.The concept of the present disclosure and the technical effects produced thereby will be described clearly and completely below with reference to the examples, so as to enable a full understanding of the objectives, characteristics and effects of the present disclosure. Clearly, the examples described are only some rather than all of the examples in the present disclosure. All other examples obtained by those skilled in the art based on the examples of the present disclosure without creative efforts are within the scope of protection of the present disclosure.
Exemple 1Example 1
Dans cet exemple, un matériau actif pour batterie haute capacité Li5FeO4a été synthétisé, comme représenté sur la
(1) Sous chauffage à 90 °C et agitation à 80 tours/min, 3 l d’une solution de chlorure de fer ayant une concentration de 5 mol/L ont été lentement ajoutés à de l’eau désionisée, et un mélange résultant a été maintenu au chaud pendant 20 min pour obtenir une solution colloïdale d’hydroxyde de fer ; et une poudre de graphite avec Dv50 de 1,5 μm a été ajoutée en tant que source de carbone selon une quantité de 6,5 % d’une masse théorique du nano-oxyde de fer produit final, et un mélange résultant a été encore agité à 300 tours/min, puis séché par pulvérisation à 200 °C pour obtenir un nano-oxyde de fer dopé au carbone. Une morphologie du nano-oxyde de fer a été représentée sur la
(2) Le nano-oxyde de fer et l’hydroxyde de lithium ont été mélangés à une vitesse de rotation élevée de 600 tours/min pendant 40 min dans un mélangeur à grande vitesse avec un rapport molaire entre le lithium et le fer de 5,3 pour obtenir un matériau homogène, et le matériau homogène a été soumis à un frittage à haute température à 680 °C pendant 25 h sous une atmosphère d’azote pour obtenir un matériau en bloc fritté.(2) Nano iron oxide and lithium hydroxide were mixed at a high rotation speed of 600 rpm for 40 min in a high-speed mixer with a molar ratio between lithium and iron of 5 ,3 to obtain a homogeneous material, and the homogeneous material was subjected to high-temperature sintering at 680 °C for 25 h under a nitrogen atmosphere to obtain a sintered block material.
(3) Le matériau en bloc fritté a été placé dans un broyeur avec des rouleaux à un intervalle de 1,5 mm, un solvant 2-hydroxyéthylamine a été ajouté, et le matériau en bloc fritté a été soumis à un concassage grossier par voie humide à une vitesse de rotation de 650 tours/min dans une atmosphère d’azote jusqu’à ce qu’un matériau concassé ait une taille de particule Dv50 de 12 μm ; le matériau concassé a été soumis à un broyage à sable à grande vitesse pendant 1,5 h à une vitesse de rotation de 2 600 tours/min jusqu’à ce qu’un matériau résultant ait une taille de particule de 0,9 μm, au cours duquel PT a été ajouté selon une quantité de 1 % d’une masse théorique du matériau finalement synthétisé ; et le matériau obtenu après le broyage à sable a été séché par pulvérisation à 220 °C dans une atmosphère d’azote pour obtenir un matériau sec.(3) The sintered block material was placed in a crusher with rollers at an interval of 1.5 mm, a solvent 2-hydroxyethylamine was added, and the sintered block material was subjected to coarse crushing by way wet at a rotational speed of 650 rpm in a nitrogen atmosphere until a crushed material has a Dv50 particle size of 12 μm; the crushed material was subjected to high-speed sand grinding for 1.5 h at a rotation speed of 2,600 rpm until a resulting material had a particle size of 0.9 μm, during which PT was added in an amount of 1% of a theoretical mass of the material finally synthesized; and the material obtained after sand grinding was spray-dried at 220°C in a nitrogen atmosphere to obtain a dry material.
(4) Le matériau sec a été soumis à un frittage à basse température à 520 °C pendant 10 h, et un matériau fritté résultant a été tamisé à travers un tamis à mailles 400 pour obtenir un matériau actif pour batterie haute capacité Li5FeO4. Une taille de particule Dv50 du matériau actif pour batterie haute capacité a été déterminée comme étant de 4 μm.(4) The dry material was subjected to low-temperature sintering at 520 °C for 10 h, and a resulting sintered material was sieved through a 400 mesh screen to obtain a high-capacity battery active material Li 5 FeO 4 . A particle size Dv50 of the high-capacity battery active material was determined to be 4 μm.
Test de caractérisation : Comme représenté sur la
Exemple 2Example 2
Dans cet exemple, un matériau actif pour batterie haute capacité Li5FeO4a été synthétisé ; et un processus de synthèse spécifique était le suivant :In this example, an active material for a high-capacity battery Li 5 FeO 4 was synthesized; and a specific synthesis process was as follows:
(1) Sous chauffage à 90 °C et agitation à 80 tours/min, 3 l d’une solution de chlorure de fer ayant une concentration de 5 mol/L ont été lentement ajoutés à de l’eau désionisée, et un mélange résultant a été maintenu au chaud pendant 20 min pour obtenir une solution colloïdale d’hydroxyde de fer ; et un CNT a été ajouté en tant que source de carbone selon une quantité de 6,5 % d’une masse théorique du nano-oxyde de fer produit final, et un mélange résultant a été encore agité à 300 tours/min, puis séché par pulvérisation à 200 °C pour obtenir un nano-oxyde de fer dopé au carbone.(1) Under heating at 90 °C and stirring at 80 rpm, 3 L of iron chloride solution having a concentration of 5 mol/L was slowly added to deionized water, and a resulting mixture was kept warm for 20 min to obtain a colloidal solution of iron hydroxide; and a CNT was added as a carbon source in an amount of 6.5% of a theoretical mass of the final product nano-iron oxide, and a resulting mixture was further stirred at 300 rpm and then dried by spraying at 200 °C to obtain a nano-iron oxide doped with carbon.
(2) Le nano-oxyde de fer et l’hydroxyde de lithium ont été mélangés à une vitesse de rotation élevée de 600 tours/min pendant 40 min dans un mélangeur à grande vitesse avec un rapport molaire entre le lithium et le fer de 5,3 pour obtenir un matériau homogène, et le matériau homogène a été soumis à un frittage à haute température à 680 °C pendant 25 h sous une atmosphère d’azote pour obtenir un matériau en bloc fritté.(2) Nano iron oxide and lithium hydroxide were mixed at a high rotation speed of 600 rpm for 40 min in a high-speed mixer with a molar ratio between lithium and iron of 5 ,3 to obtain a homogeneous material, and the homogeneous material was subjected to high-temperature sintering at 680 °C for 25 h under a nitrogen atmosphere to obtain a sintered block material.
(3) Le matériau en bloc fritté a été placé dans un broyeur avec des rouleaux à un intervalle de 1,5 mm, un solvant NMP a été ajouté, et le matériau en bloc fritté a été soumis à un concassage grossier par voie humide à une vitesse de rotation de 650 tours/min dans une atmosphère d’azote ; un matériau concassé a été soumis à un broyage à sable à grande vitesse pendant 1,5 h à une vitesse de rotation de 2 600 tours/min jusqu’à ce qu’un matériau résultant ait une taille de particule de 0,9 μm, au cours duquel du polyphénylène a été ajouté selon une quantité de 1 % d’une masse théorique du matériau finalement synthétisé ; et le matériau obtenu après le broyage à sable a été séché par pulvérisation à 220 °C dans une atmosphère d’azote pour obtenir un matériau sec.(3) The sintered block material was placed in a crusher with rollers at an interval of 1.5mm, NMP solvent was added, and the sintered block material was subjected to coarse wet crushing at a rotation speed of 650 rpm in a nitrogen atmosphere; a crushed material was subjected to high-speed sand grinding for 1.5 h at a rotation speed of 2,600 rpm until a resulting material had a particle size of 0.9 μm, during which polyphenylene was added in an amount of 1% of a theoretical mass of the material finally synthesized; and the material obtained after sand grinding was spray-dried at 220°C in a nitrogen atmosphere to obtain a dry material.
(4) Le matériau sec a été soumis à un frittage à basse température à 550 °C pendant 10 h, et un matériau fritté résultant a été tamisé à travers un tamis à mailles 400 pour obtenir un matériau actif pour batterie haute capacité Li5FeO4.(4) The dry material was subjected to low-temperature sintering at 550 °C for 10 h, and a resulting sintered material was sieved through a 400 mesh screen to obtain a high-capacity battery active material Li 5 FeO 4 .
Exemple Comparatif 1Comparative Example 1
Dans cet exemple comparatif, Li5FeO4sans carbone a été synthétisé, ce qui était différent de l’Exemple 1 en ce sens que la source de carbone et le polymère organique n’ont pas été ajoutés ; et un processus de synthèse spécifique était le suivant :In this comparative example, carbon-free Li 5 FeO 4 was synthesized, which was different from Example 1 in that the carbon source and organic polymer were not added; and a specific synthesis process was as follows:
(1) Sous chauffage à 90 °C et agitation à 80 tours/min, 3 l d’une solution de chlorure de fer ayant une concentration de 5 mol/L ont été lentement ajoutés à de l’eau désionisée, et un mélange résultant a été maintenu au chaud pendant 20 min pour obtenir une solution colloïdale d’hydroxyde de fer ; et un mélange résultant a été séché par pulvérisation à 200 °C pour obtenir un nano-oxyde. Il a été déterminé que le nano-oxyde de fer avait une taille de particule Dv50 de 890 nm et une surface BET de 31 m2/g.(1) Under heating at 90 °C and stirring at 80 rpm, 3 L of iron chloride solution having a concentration of 5 mol/L was slowly added to deionized water, and a resulting mixture was kept warm for 20 min to obtain a colloidal solution of iron hydroxide; and a resulting mixture was spray-dried at 200 °C to obtain a nano-oxide. The nano-iron oxide was determined to have a Dv50 particle size of 890 nm and a BET surface area of 31 m 2 /g.
(2) Le nano-oxyde de fer et l’hydroxyde de lithium ont été mélangés à une vitesse de rotation élevée de 600 tours/min pendant 40 min dans un mélangeur à grande vitesse avec un rapport molaire entre le lithium et le fer de 5,3 pour obtenir un matériau homogène, et le matériau homogène a été soumis à un frittage à haute température à 680 °C pendant 25 h sous une atmosphère d’azote pour obtenir un matériau en bloc fritté.(2) Nano iron oxide and lithium hydroxide were mixed at a high rotation speed of 600 rpm for 40 min in a high-speed mixer with a molar ratio between lithium and iron of 5 ,3 to obtain a homogeneous material, and the homogeneous material was subjected to high-temperature sintering at 680 °C for 25 h under a nitrogen atmosphere to obtain a sintered block material.
(3) Le matériau en bloc fritté a été placé dans un broyeur avec des rouleaux à un intervalle de 1,5 mm, un solvant 2-hydroxyéthylamine a été ajouté, et le matériau en bloc fritté a été soumis à un concassage grossier par voie humide à une vitesse de rotation de 650 tours/min dans une atmosphère d’azote jusqu’à ce qu’un matériau concassé ait une taille de particule Dv50 de 12 μm ; le matériau concassé a été soumis à un broyage à sable à grande vitesse pendant 1,5 h à une vitesse de rotation de 2 600 tours/min jusqu’à ce qu’un matériau résultant ait une taille de particule de 1,2 μm ; le matériau obtenu après le broyage à sable a été séché par pulvérisation à 220 °C dans une atmosphère d’azote pour obtenir un matériau sec ; et le matériau sec a été tamisé à travers un tamis à mailles 400 pour obtenir un matériau actif pour batterie Li5FeO4. Une taille de particule Dv50 du matériau actif pour batterie a été déterminée comme étant de 5,2 μm.(3) The sintered block material was placed in a crusher with rollers at an interval of 1.5 mm, a solvent 2-hydroxyethylamine was added, and the sintered block material was subjected to coarse crushing by way wet at a rotational speed of 650 rpm in a nitrogen atmosphere until a crushed material has a Dv50 particle size of 12 μm; the crushed material was subjected to high-speed sand grinding for 1.5 h at a rotational speed of 2600 rpm until a resulting material had a particle size of 1.2 μm; the material obtained after sand grinding was spray dried at 220°C in a nitrogen atmosphere to obtain a dry material; and the dry material was sieved through a 400 mesh screen to obtain Li 5 FeO 4 battery active material. A Dv50 particle size of the battery active material was determined to be 5.2 μm.
Test de caractérisation : Comme représenté sur la
Le nano-oxyde de fer obtenu dans cet exemple comparatif a une taille de particule plus grande que le nano-oxyde de fer obtenu dans l’Exemple 1. La raison en est que la poudre de graphite est introduite dans le colloïde d’hydroxyde de fer dans l’Exemple 1, de sorte que la croissance à l’état fondu de l’oxyde de fer peut être bloquée pour permettre une petite taille de particule du produit final de l’Exemple 1.The nano-iron oxide obtained in this comparative example has a larger particle size than the nano-iron oxide obtained in Example 1. The reason is that the graphite powder is introduced into the hydroxide colloid of iron in Example 1, so that the melt growth of the iron oxide can be blocked to allow a small particle size of the final product of Example 1.
Exemple Comparatif 2Comparative Example 2
Dans cet exemple comparatif, un matériau actif pour batterie Li5FeO4a été synthétisé, ce qui était différent de l’Exemple 1 en ce sens qu’un broyage à sec a été adopté ; et un processus de synthèse spécifique était le suivant :In this comparative example, a battery active material Li 5 FeO 4 was synthesized, which was different from Example 1 in that dry grinding was adopted; and a specific synthesis process was as follows:
(1) Le nano-oxyde de fer de l’Exemple 1 et l’hydroxyde de lithium ont été mélangés à une vitesse de rotation élevée de 600 tours/min pendant 40 min dans un mélangeur à grande vitesse avec un rapport molaire entre le lithium et le fer de 5,3 pour obtenir un matériau homogène, et le matériau homogène a été soumis à un frittage à haute température à 680 °C pendant 25 h sous une atmosphère d’azote pour obtenir un matériau en bloc fritté.(1) The nano-iron oxide of Example 1 and lithium hydroxide were mixed at a high rotation speed of 600 rpm for 40 min in a high-speed mixer with a molar ratio between lithium and iron of 5.3 to obtain a homogeneous material, and the homogeneous material was subjected to high-temperature sintering at 680 °C for 25 h under a nitrogen atmosphere to obtain a sintered block material.
(2) Le matériau en bloc fritté a été placé dans un broyeur avec des rouleaux à un intervalle de 1,5 mm et soumis à un broyage par flux d’air, puis PT a été ajouté selon une quantité de 1 % d’une masse théorique du matériau finalement synthétisé, et un mélange résultant a été mélangé à sec puis fritté à 520 °C dans une atmosphère d’azote.(2) The sintered block material was placed in a mill with rollers at an interval of 1.5mm and subjected to airflow grinding, then PT was added in an amount of 1% of a theoretical mass of the finally synthesized material, and a resulting mixture was dry mixed and then sintered at 520 °C in a nitrogen atmosphere.
(3) Un matériau fritté a été tamisé à travers un tamis à mailles 400 pour obtenir un matériau actif pour batterie Li5FeO4. Une taille de particule Dv50 du matériau actif pour batterie a été déterminée comme étant de 8,2 μm.(3) A sintered material was sieved through a 400 mesh screen to obtain Li 5 FeO 4 battery active material. A Dv50 particle size of the battery active material was determined to be 8.2 μm.
Test de caractérisation : Comme représenté sur la
Exemple Comparatif 3Comparative Example 3
Dans cet exemple comparatif, un matériau actif pour batterie Li5FeO4a été synthétisé, ce qui était différent de l’Exemple 1 en ce sens qu’une matière organique de faible poids moléculaire a été utilisée à la place du polymère ; et un processus de synthèse spécifique était le suivant :In this comparative example, a Li 5 FeO 4 battery active material was synthesized, which was different from Example 1 in that a low molecular weight organic material was used instead of the polymer; and a specific synthesis process was as follows:
Un matériau en bloc fritté a été préparé selon les étapes (1) et (2) de l’Exemple 1 ; le matériau en bloc fritté a été placé dans un broyeur avec des rouleaux à un intervalle de 1,5 mm, un solvant 2-hydroxyéthylamine a été ajouté, et le matériau en bloc fritté a été soumis à un concassage grossier par voie humide à une vitesse de rotation de 650 tours/min dans une atmosphère d’azote jusqu’à ce qu’un matériau concassé ait une taille de particule Dv50 de 12 μm ; le matériau concassé a été soumis à un broyage à sable à grande vitesse pendant 1,5 h à une vitesse de rotation de 2 600 tours/min jusqu’à ce qu’un matériau résultant ait une taille de particule de 0,9 μm, au cours duquel du glucose a été ajouté selon une quantité de 1 % d’une masse théorique du matériau finalement synthétisé ; le matériau obtenu après le broyage à sable a été séché par pulvérisation à 220 °C dans une atmosphère d’azote pour obtenir un matériau sec ; etA sintered block material was prepared according to steps (1) and (2) of Example 1; the sintered block material was placed in a crusher with rollers at an interval of 1.5 mm, a solvent 2-hydroxyethylamine was added, and the sintered block material was subjected to coarse wet crushing at a rotation speed of 650 rpm in a nitrogen atmosphere until a crushed material has a Dv50 particle size of 12 μm; the crushed material was subjected to high-speed sand grinding for 1.5 h at a rotation speed of 2,600 rpm until a resulting material had a particle size of 0.9 μm, during which glucose was added in an amount of 1% of a theoretical mass of the material finally synthesized; the material obtained after sand grinding was spray dried at 220°C in a nitrogen atmosphere to obtain a dry material; And
le matériau sec a été fritté à 550 °C pendant 10 h, et un matériau fritté résultant a été tamisé à travers un tamis à mailles 400 pour obtenir un matériau actif pour batterie Li5FeO4.the dry material was sintered at 550 °C for 10 h, and a resulting sintered material was sieved through a 400 mesh screen to obtain Li 5 FeO 4 battery active material.
Exemple TestTest Example
Le Li5FeO4préparé dans chacun des Exemples 1 et 2 et des Exemples Comparatifs 1, 2 et 3 a été fabriqué en une batterie bouton, comprenant les étapes de préparation de suspension, de revêtement, de séchage, de pressage, d’assemblage, et de test sur un boîtier : 1) préparation de suspension : 4 g d’un matériau ont été pesés et mélangés avec un agent conducteur et un liant, où le matériau, l’agent conducteur et le liant étaient dans un rapport massique de 8:1:1, le liant était du fluorure de polyvinylidène (PVDF), et l’agent conducteur était du carbone conducteur ; 2) revêtement : le mélange a été revêtu sur une feuille d’aluminium avec un racloir ; 3) séchage : la feuille d’électrode revêtue a été séchée dans un four de séchage sous vide à 120 °C pendant 2 h ; 4) pressage : la feuille d’électrode séchée a été pressée avec une machine de laminage ; et 5) assemblage : des composants de batterie tels qu’une feuille d’électrode positive, une feuille d’électrode négative, un séparateur et un électrolyte ont été assemblés en la batterie bouton. Une capacité spécifique a été testée à une tension de charge de 4,25 V et un taux de charge de 0,1 C. Les résultats de test sont présentés dans le Tableau 1.
Il ressort du Tableau 1 qu’une capacité de charge de l’Exemple Comparatif 3 est inférieure à celle de l’Exemple 1. La raison en est que le matériau de revêtement en carbone de l’Exemple Comparatif 3 est une matière organique de faible poids moléculaire et, ainsi, une couche de revêtement en carbone formée n’est pas aussi dense que celle de l’Exemple 1, ce qui entraîne une capacité réduite.It can be seen from Table 1 that a load capacity of Comparative Example 3 is lower than that of Example 1. The reason is that the carbon coating material of Comparative Example 3 is an organic material of low molecular weight and, thus, a carbon coating layer formed is not as dense as that of Example 1, resulting in reduced capacity.
La
La
La
Les exemples de la présente divulgation ont été décrits de manière détaillée ci-dessus en référence aux dessins annexés, mais la présente divulgation n’est pas limitée à ceux-ci. Dans le cadre des connaissances possédées par les hommes du métier, diverses modifications peuvent être apportées sans sortir du but de la présente divulgation. De plus, en l’absence de conflit, les exemples de la présente divulgation et les caractéristiques dans les exemples peuvent être combinés les uns avec les autres.The examples of the present disclosure have been described in detail above with reference to the accompanying drawings, but the present disclosure is not limited thereto. Within the framework of the knowledge possessed by those skilled in the art, various modifications can be made without departing from the purpose of the present disclosure. Additionally, where there is no conflict, the examples in this disclosure and the features in the examples may be combined with one another.
Claims (10)
étape S1 : mélanger un colloïde d'hydroxyde de fer avec au moins une source de carbone, et sécher par pulvérisation le mélange résultant pour obtenir un nano-oxyde de fer dopé au carbone ;
étape S2 : mélanger ledit nano-oxyde de fer avec au moins une source de lithium, et fritter sous une atmosphère inerte pour obtenir un matériau fritté ;
étape S3 : mélanger ledit matériau fritté, au moins un polymère organique et au moins un solvant organique, broyer par voie humide sous atmosphère protectrice, et sécher par pulvérisation le matériau broyé résultant sous atmosphère protectrice pour obtenir un matériau sec ; et
étape S4 : fritter ledit matériau sec sous une atmosphère inerte pour obtenir le matériau actif pour batterie.Process for preparing an active material for a battery, comprising the following steps:
step S1: mixing an iron hydroxide colloid with at least one carbon source, and spray-drying the resulting mixture to obtain a carbon-doped nano-iron oxide;
step S2: mixing said nano-iron oxide with at least one source of lithium, and sintering under an inert atmosphere to obtain a sintered material;
step S3: mixing said sintered material, at least one organic polymer and at least one organic solvent, wet grinding under a protective atmosphere, and spray drying the resulting ground material under a protective atmosphere to obtain a dry material; And
step S4: sintering said dry material under an inert atmosphere to obtain the active battery material.
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