JP2011505536A - Method and apparatus for manufacturing an air sensitive electrode material for application in a lithium ion battery - Google Patents

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Abstract

高温下で合成生成物を生成するための前駆体を合成する合成処理を実施するために、無調節雰囲気の加熱炉内で使用するための装置である。該装置は、合成処理の材料を包含するための少なくとも1つの開口部を有する容器と、固形還元物質とを備える。合成処理の材料は、容器または還元物質のいずれかによって加熱炉の雰囲気から離間されている。装置は、特に、Fe23、Li2CO3、カーボンブラックおよびリン酸前駆体からのLiFePO4の合成に適している。An apparatus for use in a heating furnace in an uncontrolled atmosphere to carry out a synthesis process for synthesizing a precursor for producing a synthesis product at a high temperature. The apparatus comprises a container having at least one opening for containing a synthetic processing material and a solid reducing material. The material of the synthesis process is separated from the furnace atmosphere by either a container or a reducing material. The apparatus is particularly suitable for the synthesis of LiFePO 4 from Fe 2 O 3 , Li 2 CO 3 , carbon black and phosphoric acid precursor.

Description

本発明は、空気感受性材料の大量生産、特にリチウム電池の電極材料の合成のために利用される反応チャンバに関する。   The present invention relates to a reaction chamber used for mass production of air sensitive materials, in particular for the synthesis of lithium battery electrode materials.

酸化還元反応は、無機結晶性物質の合成のために一般的に利用される。特に、これは、陰極および陽極材料を含むリチウムイオン電池のための電極材料の合成の場合に当てはまる。従来、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウムおよび混合酸化物などの陰極材料は、酸化環境下で合成される。酸化熱処理環境(たとえば、外気環境での熱処理)の制御は困難ではないため、これらの材料はより容易に入手可能である。これに対して、還元熱処理雰囲気の制御は困難であるため、還元環境はあまり容易でない。この問題は、合成の熱処理工程中において、特に高温(たとえば、500℃超)の場合に、熱処理中の空気のわずかな漏出が反応に悪影響をもたらし、よって合成材料の品質が低下することに起因する。還元性雰囲気の制御における問題は、大量生産の見込みをなくすか、きわめて高価にする。一例として、従来、還元または不活性雰囲気において合成されるリン酸鉄リチウムの合成がある。リチウムイオン電池での適用ために、LiCoO2の代替としてLiFePO4型の陰極材料が検討されており、これは、潜在的な低コスト(Coを代替するFe)および材料のより安全な作用特性(帯電中に材料の分解が生じない)の理由による。しかしながら、不活性または還元性雰囲気下での高温熱処理などの処理の問題のために材料が高価となり、広く受け入れられていない。現在まで、高温での還元性または不活性雰囲気の維持は、合成材料の品質の良好な制御を制限する主要な要因であった。特に高温での熱処理の際に加熱炉の完全密閉を確保することは、きわめて困難である。 Redox reactions are commonly used for the synthesis of inorganic crystalline materials. In particular, this is the case for the synthesis of electrode materials for lithium ion batteries including cathode and anode materials. Conventionally, cathode materials such as lithium cobaltate, lithium nickelate, lithium manganate and mixed oxides are synthesized in an oxidizing environment. These materials are more readily available because it is not difficult to control the oxidative heat treatment environment (eg, heat treatment in an outside air environment). On the other hand, since it is difficult to control the reducing heat treatment atmosphere, the reducing environment is not so easy. This problem is due to the slight leakage of air during the heat treatment adversely affecting the reaction during the synthetic heat treatment process, especially at high temperatures (eg above 500 ° C.), thus reducing the quality of the synthetic material. To do. Problems in controlling the reducing atmosphere can eliminate the prospect of mass production or be very expensive. One example is the synthesis of lithium iron phosphate conventionally synthesized in a reducing or inert atmosphere. For applications in lithium ion batteries, LiFePO 4 type cathode materials have been considered as an alternative to LiCoO 2 , which is potentially lower cost (Fe replacing Co) and the safer operating characteristics of the material ( This is because the material does not decompose during charging. However, due to processing problems such as high temperature heat treatment in an inert or reducing atmosphere, the materials are expensive and not widely accepted. To date, maintaining a reducing or inert atmosphere at high temperatures has been a major factor limiting good control of synthetic material quality. In particular, it is extremely difficult to ensure complete sealing of the heating furnace during heat treatment at a high temperature.

米国特許第5910382号明細書、米国特許第6723470号明細書、米国特許第6730281号明細書、米国特許第6815122号明細書、米国特許第6884544号明細書および米国特許第6913855号明細書などの先行技術は、一般的に、化学量論的LiFePO4の生成、または鉄の陽イオンへの置換に利用される方法および前駆体を教示している。前述の特許は、材料がどのように合成されるかを示すのみである。いずれの先行技術も、どのようにして効率的および費用効果的に熱処理環境を制御するかについて教示していない。 Prior art such as US Pat. No. 5,910,382, US Pat. No. 6,723,470, US Pat. No. 6,730,281, US Pat. No. 6,815,122, US Pat. No. 6,884,544 and US Pat. The technology generally teaches methods and precursors that are utilized to produce stoichiometric LiFePO 4 or to replace iron with a cation. The aforementioned patents only show how the materials are synthesized. None of the prior art teaches how to control the heat treatment environment efficiently and cost effectively.

本発明の目的は、電極材料を形成するための材料の合成に広く適用可能な熱処理環境の制御のための方法および装置を提供することである。本発明のさらなる目的は、費用効果的で合成材料の良好な品質を保証する方法および装置を提供することである。   It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for controlling a heat treatment environment that is widely applicable to the synthesis of materials for forming electrode materials. It is a further object of the present invention to provide a method and apparatus that is cost effective and ensures good quality of the synthetic material.

本発明は、高温下で合成生成物を生成するための前駆体を合成する合成処理において無調節雰囲気の加熱炉内で使用するための装置である。装置は、合成処理の材料を包含するための、少なくとも1つの開口部を有する容器と、固形還元物質とを有し、合成処理の材料は、容器または還元物質のいずれかによって加熱炉の雰囲気から離間される。   The present invention is an apparatus for use in a heating furnace in an uncontrolled atmosphere in a synthesis process for synthesizing a precursor for producing a synthesis product at a high temperature. The apparatus includes a container having at least one opening for containing the synthetic processing material and a solid reducing material, the synthetic processing material being removed from the furnace atmosphere by either the container or the reducing material. Spaced apart.

本発明は、添付の図面に例示目的のみで示された、以下の好ましい実施の形態の説明からより明らかになる。   The invention will become more apparent from the following description of preferred embodiments, given by way of example only in the accompanying drawings, in which:

本発明の装置の第1の実施の形態を示す図である。It is a figure which shows 1st Embodiment of the apparatus of this invention. 本発明の装置の第1の実施の形態を示す図である。It is a figure which shows 1st Embodiment of the apparatus of this invention. 本発明の装置の第2の実施の形態を示す図である。It is a figure which shows 2nd Embodiment of the apparatus of this invention. 本発明の装置の第2の実施の形態を示す図である。It is a figure which shows 2nd Embodiment of the apparatus of this invention. 本発明の装置の第3の実施の形態を示す図である。It is a figure which shows 3rd Embodiment of the apparatus of this invention. 合成処理を実施するための、加熱炉内での第1および/または第2の実施の形態の装置を示す図である。It is a figure which shows the apparatus of 1st and / or 2nd embodiment in a heating furnace for implementing a synthesis process. 合成処理を実施するための、加熱炉内での第3の実施の形態の装置を示す図である。It is a figure which shows the apparatus of 3rd Embodiment in a heating furnace for implementing a synthetic | combination process. 本発明の装置を使用して調製された合成電極材料の代表試料のX線回折パターンのグラフである。It is a graph of the X-ray-diffraction pattern of the representative sample of the synthetic electrode material prepared using the apparatus of this invention. 図3のものと同一材料の電池試験データを示すグラフである。It is a graph which shows the battery test data of the same material as the thing of FIG. 本発明の装置を使用して調製された、5個の類似の合成電極材料のX線回折パターンのグラフである。2 is a graph of X-ray diffraction patterns of five similar synthetic electrode materials prepared using the apparatus of the present invention. 本発明の装置を使用して調製された、10個の類似の合成電極材料の電池試験データを示すグラフである。Figure 3 is a graph showing battery test data for 10 similar synthetic electrode materials prepared using the apparatus of the present invention.

図1(a)〜1(e)は、合成熱処理される材料を含む、個別密閉ユニット(Individual Sealed Units,ISU)の概略図である。異なる形状のISUを含む加熱炉の設計が図2(a)および2(b)に示される。   1 (a) -1 (e) are schematic diagrams of Individual Sealed Units (ISU) containing materials to be synthetically heat treated. A furnace design including differently shaped ISUs is shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b).

図1(a)および1(b)において、ISU1は、完全に密閉された一端2と雰囲気に対して開口した他端3とを有する容器である。電極材料を生成するために合成される前駆体は4に含まれる。合成処理の前駆体、中間生成物および得られた材料は、本明細書を通して合成処理の材料と称される。4に含まれた合成処理の材料は、容器1の材料、または加熱炉の雰囲気からの空気の浸透を制限する固形還元物質層5のいずれかによって、加熱のためにISUが内部に配置される加熱炉の雰囲気から保護される。還元物質(たとえば、カーボンブラック)は、通常、多孔性であるため、還元物質層の多孔性により、合成中の材料から雰囲気に放出されるあらゆるガス副生成物の浸透が可能となることに留意すべきである。通常、ガス副生成物または還元物質の酸化のいずれかによってガスが発生し、ISU内の圧力を雰囲気と比較して正圧に保持する。しかしながら、合成中の材料がガスを副生成物として発生しない場合、(たとえば、タッピングによる)還元物質層の多孔性の減少は雰囲気からの離間を保証する。   1 (a) and 1 (b), ISU 1 is a container having one end 2 that is completely sealed and the other end 3 that is open to the atmosphere. The precursors synthesized to produce the electrode material are included in 4. Synthetic processing precursors, intermediate products and resulting materials are referred to throughout this specification as synthetic processing materials. The synthetic processing material contained in the ISU is disposed inside for heating by either the material of the container 1 or the solid reducing substance layer 5 that restricts the permeation of air from the atmosphere of the heating furnace. Protected from the furnace atmosphere. Note that reducing materials (eg, carbon black) are typically porous, so the porosity of the reducing material layer allows the penetration of any gas by-products released from the material being synthesized into the atmosphere. Should. Typically, gas is generated either by gas by-products or by reducing substance oxidation, and the pressure in the ISU is maintained at a positive pressure compared to the atmosphere. However, if the material being synthesized does not generate gas as a byproduct, the reduced porosity of the reductant layer (eg, due to tapping) ensures separation from the atmosphere.

図1(c)および1(d)において、第2の実施の形態の各々のISUは、環境に対して開口した両端6を有する容器1である。電極材料を生成するために合成される前駆体は4に含まれる。4に含まれた合成処理の材料は、加熱炉の雰囲気からの空気の浸透を制限する固形還元物質層5によって、加熱のためにISUが内部に配置される加熱炉の雰囲気から保護される。前述の通り、固形還元物質は、通常、多孔性であるため、合成処理から生じたあらゆるガスの浸透が可能となる。   1 (c) and 1 (d), each ISU of the second embodiment is a container 1 having both ends 6 open to the environment. The precursors synthesized to produce the electrode material are included in 4. 4 is protected from the atmosphere of the heating furnace in which the ISU is disposed for heating by the solid reducing substance layer 5 that restricts the permeation of air from the atmosphere of the heating furnace. As described above, since the solid reducing substance is usually porous, any gas generated from the synthesis process can be permeated.

両実施の形態において、合成処理の材料4から還元物質5を離間するために、分割部11を使用できる。分割部は、好ましくは、離間される材料に対して不活性であり、発生するあらゆるガスに対して浸透性がある。また、図1(a)〜1(d)に示されるように、7において、容器中にすべての材料を保持するために、高温耐久性ガラス繊維包装を使用できる。   In both embodiments, the dividing portion 11 can be used to separate the reducing substance 5 from the material 4 for the synthesis process. The divider is preferably inert to the material being spaced and is permeable to any gas generated. Also, as shown in FIGS. 1 (a) -1 (d), in 7 a high temperature durable glass fiber wrap can be used to hold all the material in the container.

同様の特徴は、図1(e)に示されたISUの第3の実施の形態においても観察できる。図1(e)から、合成される材料4は坩堝8に含まれていることがわかる。容器9のいずれかの開口側からの気流路は、還元物質10の存在により制御される。坩堝の底部は、合成処理の材料から還元物質を離間する。受け皿12はユニットの取扱いを容易にする。18に見られるように、ガスが還元物質へ、または還元物質から自由に流れることが可能となるように、容器9は受け皿12に対して気密ではない。   Similar features can be observed in the third embodiment of the ISU shown in FIG. FIG. 1 (e) shows that the material 4 to be synthesized is contained in the crucible 8. The air flow path from any opening side of the container 9 is controlled by the presence of the reducing substance 10. The bottom of the crucible separates the reducing material from the material of the synthesis process. The pan 12 facilitates handling of the unit. As can be seen at 18, the container 9 is not airtight to the pan 12 so that the gas can flow freely into or out of the reducing material.

図2(a)および2(b)は、合成処理を実施するために加熱炉において利用される本発明の種々の形態を示す。   Figures 2 (a) and 2 (b) show various forms of the present invention utilized in a furnace to perform the synthesis process.

図2(a)において、加熱炉13内での第1の実施の形態および/または第2の実施の形態を示す。加熱炉の加熱要素は14で示される。   In Fig.2 (a), 1st Embodiment in the heating furnace 13 and / or 2nd Embodiment are shown. The heating element of the furnace is indicated at 14.

図2(b)において、加熱炉16内において本発明の第3の実施の形態の4つのユニットが15にて示される。加熱炉の加熱要素は17で示される。前述の通り、加熱炉は密閉される必要がなく、制御された不活性または還元環境は必要でない。   In FIG. 2B, four units of the third embodiment of the present invention are indicated by 15 in the heating furnace 16. The heating element of the furnace is indicated at 17. As mentioned above, the furnace need not be sealed and a controlled inert or reducing environment is not required.

ISUの共通構造は次の通りである。   The common structure of the ISU is as follows.

a.ISUは、合成熱処理される材料を包含する空間を含む。
b.ISUは、還元物質を包含する空間を含む。
c.還元物質は次の様式で容器に配置される。
無制御雰囲気/還元物質/合成材料(図1(a)および1(b))、または
無制御雰囲気/還元物質/合成材料/還元物質/無制御雰囲気(図1(c)および1(d))、
d.還元物質は、図1(a)〜1(d)に示されるように合成材料の上部か、または図1(e)に示されるように外気と接触させて他の場所に配置可能である。
e.ISUは、合成反応によって発生したガスを放散可能である。
a. The ISU includes a space that contains the material to be synthetically heat treated.
b. The ISU includes a space that contains the reducing material.
c. The reducing material is placed in the container in the following manner.
Uncontrolled atmosphere / reducing substance / synthetic material (FIGS. 1 (a) and 1 (b)), or uncontrolled atmosphere / reducing substance / synthetic material / reducing substance / uncontrolled atmosphere (FIGS. 1 (c) and 1 (d)) ),
d. The reducing substance can be placed on top of the synthetic material as shown in FIGS. 1 (a) -1 (d) or elsewhere in contact with the outside air as shown in FIG. 1 (e).
e. The ISU can dissipate the gas generated by the synthesis reaction.

図1(b)および1(d)の実施の形態において、ガスの流れは、合成処理の材料から還元物質を通って非制御雰囲気まで流れ、または逆も同様である。   In the embodiment of FIGS. 1 (b) and 1 (d), the gas flow flows from the material of the synthesis process through the reducing material to an uncontrolled atmosphere, and vice versa.

図1(a)および1(c)の実施の形態において、ガスの流れは、合成処理の材料から分割部を通り、還元物質を通って非制御雰囲気まで流れ、または逆も同様である。   In the embodiment of FIGS. 1 (a) and 1 (c), the gas flow flows from the material of the synthesis process through the split, through the reducing material to the uncontrolled atmosphere, and vice versa.

図1(e)の実施の形態において、ガスの流れは、合成処理の材料から、坩堝と容器との間の分割部を通り、還元物質を通って非制御雰囲気まで流れ、または逆も同様である。   In the embodiment of FIG. 1 (e), the gas flow flows from the material of the synthesis process through the split between the crucible and the vessel, through the reducing material to an uncontrolled atmosphere, and vice versa. is there.

ISUの利用によるもたらされる他の利点は次を含む。   Other benefits afforded by the use of ISU include:

A.加熱炉内に不活性雰囲気が必要でないため、次の結果をもたらす。
i.製造の拡大が容易である。
ii.ガス気密性加熱炉が不要となるため、加熱炉がさらに低コストとなる。
iii.不活性ガスのコストが削減可能である。
iv.合成手順の全体的なコストが低減する、および
v.1つのISUが1つの加熱炉と考えられるため、得られた合成材料の品質の制御が容易である。
B.以下の実施例に示されるように、良好な性能の合成材料となる。
C.電池での適用のためにきわめて重要である、一貫した性能の合成材料となる。
A. Since an inert atmosphere is not required in the furnace, the following results are obtained.
i. Easy to expand production.
ii. Since a gas tight heating furnace is not required, the heating furnace is further reduced in cost.
iii. The cost of the inert gas can be reduced.
iv. Reduces the overall cost of the synthesis procedure, and v. Since one ISU is considered as one heating furnace, it is easy to control the quality of the obtained synthetic material.
B. As shown in the examples below, it is a synthetic material with good performance.
C. It is a consistently performance synthetic material that is critical for battery applications.

ISUにより提供される制御された熱処理環境の利点のために、不活性雰囲気下での熱処理を必要とする材料が容易におよび費用効果的に得られる。以下は、本発明の用途をさらに説明するための、本発明のISUで合成された材料の実施例である。   Because of the advantages of the controlled heat treatment environment provided by the ISU, materials that require heat treatment under an inert atmosphere are easily and cost-effectively obtained. The following are examples of materials synthesized with the ISU of the present invention to further illustrate the application of the present invention.

実施例1 本発明の方法および装置を使用したLiFePO4の合成
本特許出願に開示されたISUの新規性を実証するために、従来のLiFePO4の大量合成が使用される。12kg(75モル)のFe23、5.55kg(75モル)のLi2CO3および1.8kg(150モル)のSuper P(カーボンブラック、ベルギー、MMMカーボン(MMM Carbon)社製)が(1:1:2)のモル比にて、ペーストを生成するように適量の水を添加して混合された。完全に混合した後、適当な化学量論的な量のリン酸が添加され、拡張混合された(6時間)。最後に、スラリーは150℃にて10時間乾燥され、さらに400℃にて10時間、材料塊を得るまで熱処理された。その後、このようにして得た材料は、約12時間にわたり細砕およびボールミル粉砕された。粉砕された粉末材料は、図1(a)に示されるようにいくつかのISUに装填され、粉砕された粉末材料の真上には、熱処理のために炭素物質が配置された。実際には、炭素物質は、合成材料の真上か、または多孔性ガラス繊維布の薄層または他の不活性プレートにより離間して配置可能である。その後、ISUは、図2(a)に示すように加熱炉内に配置された。
Example 1 Synthesis of LiFePO 4 using the method and apparatus of the present invention To demonstrate the novelty of the ISU disclosed in this patent application, a conventional mass synthesis of LiFePO 4 is used. 12 kg (75 mol) Fe 2 O 3 , 5.55 kg (75 mol) Li 2 CO 3 and 1.8 kg (150 mol) Super P (carbon black, manufactured by MMM Carbon, Belgium) In a molar ratio of (1: 1: 2), an appropriate amount of water was added and mixed to form a paste. After thorough mixing, the appropriate stoichiometric amount of phosphoric acid was added and extended mixed (6 hours). Finally, the slurry was dried at 150 ° C. for 10 hours and further heat treated at 400 ° C. for 10 hours until obtaining a mass of material. The material thus obtained was then comminuted and ball milled for about 12 hours. The pulverized powder material was loaded into several ISUs as shown in FIG. 1 (a), and a carbon substance was disposed just above the pulverized powder material for heat treatment. In practice, the carbon material can be placed directly over the synthetic material or separated by a thin layer of porous glass fiber cloth or other inert plate. Thereafter, the ISU was placed in a heating furnace as shown in FIG.

熱処理は、650℃にて24時間実施され、合成材料を得た。熱処理工程後、合成材料は軽く細砕されて篩い(フィルタ)にかけられた。その結果、熱処理後の材料は、以下に説明するようにさらなる試験のための準備が備えられた。   The heat treatment was performed at 650 ° C. for 24 hours to obtain a synthetic material. After the heat treatment step, the synthetic material was lightly crushed and passed through a sieve. As a result, the heat treated material was ready for further testing as described below.

ISUの使用は、リン酸鉄リチウムの合成に限定されず、または本実施例のリン酸鉄リチウムの合成について説明した出発物質および前駆体処理工程の選択に限定されない。   The use of ISU is not limited to the synthesis of lithium iron phosphate or to the choice of starting materials and precursor processing steps described for the synthesis of lithium iron phosphate in this example.

合成材料のX線回折パターンデータが図3に示される。窒素またはアルゴンなどの不活性ガスの使用および制御なしに、本実施例に示された処理方法および装置を使用して単相材料を得たことがわかる。電池試験データ(三電極設計の試験電池を使用して取得し、リチウムが参照電極として使用された)が図4に示される。図4から、容量は第1の充放電サイクル(〜5/Cレート、0.23mA/cm2)の間において高いことがわかる。本例で合成された材料は、熱処理環境として不活性雰囲気を使用して得た米国特許第6723470号明細書に開示された先行技術の材料に対して同程度または優れている。 The X-ray diffraction pattern data of the synthetic material is shown in FIG. It can be seen that the single phase material was obtained using the processing method and apparatus shown in this example without the use and control of an inert gas such as nitrogen or argon. Battery test data (obtained using a three-electrode design test battery and lithium was used as the reference electrode) is shown in FIG. FIG. 4 shows that the capacity is high during the first charge / discharge cycle (˜5 / C rate, 0.23 mA / cm 2 ). The material synthesized in this example is comparable or superior to the prior art material disclosed in US Pat. No. 6,723,470 obtained using an inert atmosphere as the heat treatment environment.

実施例2 本発明の方法および装置を使用して合成されたLiFePO4の一貫性の実証
本実施例において、図1(a)に示されたISUを使用して合成された10個のバッチの材料が品質一貫性について試験された。各々のバッチの前駆体処理手順は、実施例1で説明した手順と同一であった。10個の異なるバッチは、ISUにて10の同一の熱処理手順にしたがった。10個のバッチから5個のバッチがX線回折パターン分析され、結果が図5に示される。また、各々のバッチについての第1サイクルのデータのスタックが図6に示される。より正確な数値データは表1に提供される。図5から、すべての材料が事実上単相であることがわかる。図5に示されて示唆されるように、各々の試料のピーク強度およびピーク位置は類似している。図6において、各々の試料の第1の充放電プロットもまた、きわめて類似している。第1の電荷容量は132〜137mAh/gの範囲であり、第1の放電容量は118〜124mAh/gの範囲である。これらのすべてのデータは、ISUを使用して合成された材料の一貫性が保証されることを示唆する。
Example 2 Demonstration of Consistency of LiFePO 4 Synthesized Using the Method and Apparatus of the Present Invention In this example, ten batches synthesized using the ISU shown in FIG. The material was tested for quality consistency. The precursor processing procedure for each batch was the same as that described in Example 1. Ten different batches followed 10 identical heat treatment procedures at the ISU. From 10 batches to 5 batches were analyzed by X-ray diffraction pattern and the results are shown in FIG. Also shown in FIG. 6 is a stack of data for the first cycle for each batch. More accurate numerical data is provided in Table 1. From FIG. 5, it can be seen that all materials are virtually single phase. As shown and suggested in FIG. 5, the peak intensity and peak position of each sample are similar. In FIG. 6, the first charge / discharge plot for each sample is also very similar. The first charge capacity is in the range of 132 to 137 mAh / g, and the first discharge capacity is in the range of 118 to 124 mAh / g. All these data suggest that the consistency of materials synthesized using ISU is guaranteed.

Figure 2011505536
Figure 2011505536

本発明の装置は次の利点を提供する。窒素またはアルゴンなどの不活性ガスを加熱炉において使用する必要性、またはガス(窒素に加えて水素)を生成する必要性がないため、完全密閉された加熱炉が必要でない。ISUは加熱炉の雰囲気に対して半開であるため、ISUの密閉は困難でない。熱源から合成される材料までの熱拡散距離が短い。通気阻止のためのカーボンブラックまたは炭素材料などの還元物質の使用によって、熱処理中に少量の通気が生じたとしても、炭素材料の酸化が合成材料のさらなる酸化を阻止する。還元物質は、熱処理される材料から生じたガスの散逸を可能にするために多孔性でよい。図1(a)および1(b)に示されたISUの深さは酸化を阻止するために調節可能であり、たとえば、長い深さはさらなる隔離環境をもたらす。また、図2(a)および2(b)に示されるように、ISUの形状は、加熱炉の設計に適応するために順応性がある。   The apparatus of the present invention provides the following advantages. Because there is no need to use an inert gas such as nitrogen or argon in the furnace or to generate gas (hydrogen in addition to nitrogen), a completely enclosed furnace is not necessary. Since the ISU is half open with respect to the furnace atmosphere, it is not difficult to seal the ISU. The thermal diffusion distance from the heat source to the synthesized material is short. By using a reducing material such as carbon black or carbon material to prevent aeration, the oxidation of the carbon material prevents further oxidation of the synthetic material even if a small amount of aeration occurs during the heat treatment. The reducing material may be porous to allow the dissipation of gas generated from the material being heat treated. The depth of the ISU shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b) can be adjusted to prevent oxidation, for example, longer depths provide additional isolation environments. Also, as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), the shape of the ISU is flexible to adapt to the design of the furnace.

特定の材料、寸法データなどは本発明の実施の形態の説明目的のために記載されたが、前述の教示に照らして、出願人の新規な寄与から逸脱することなしに種々の変更が実施可能であるため、本発明の範囲の決定の際は、添付の請求項を参照すべきである。   While specific materials, dimensional data, etc. have been described for purposes of illustration of embodiments of the invention, various modifications can be made without departing from the applicant's novel contributions in light of the above teachings. Therefore, reference should be made to the appended claims in determining the scope of the invention.

Claims (14)

高温下で合成生成物を生成するための前駆体を合成する合成処理において無調節雰囲気の加熱炉内で使用するための装置であって、
合成処理の材料を包含するための少なくとも1つの開口部を有する容器と、
固形還元物質とを備え、
前記合成処理の材料が、容器または還元物質のいずれかによって加熱炉の雰囲気から離間されてなる装置。
An apparatus for use in an uncontrolled atmosphere heating furnace in a synthesis process for synthesizing a precursor for producing a synthesis product at high temperatures,
A container having at least one opening for containing a synthetic processing material;
A solid reducing substance,
An apparatus in which the material for the synthesis process is separated from the atmosphere of the heating furnace by either a container or a reducing substance.
前記合成処理の材料が前記還元物質と接触するように、前記容器および前記還元物質が配置されてなる請求項1記載の装置。 The apparatus according to claim 1, wherein the container and the reducing substance are arranged so that the material for the synthesis process is in contact with the reducing substance. 固形還元物質から合成処理の材料を離間するための分割部をさらに備え、該分割部が離間される材料に対して実質的に不活性の材料製である請求項1記載の装置。 The apparatus according to claim 1, further comprising a dividing portion for separating the synthetic processing material from the solid reducing substance, wherein the dividing portion is made of a material that is substantially inert to the material to be separated. 合成処理の材料を保持し、前記容器および前記還元物質から合成処理の材料を離間するために、前記容器内に配置された坩堝をさらに備えた請求項1記載の装置。 The apparatus of claim 1, further comprising a crucible disposed in the container for holding a material for the synthesis process and separating the material for the synthesis process from the container and the reducing material. 前記固形還元物質が、合成処理から生じたガスおよび還元物質の酸化から生じたガスに対して浸透性である請求項1記載の装置。 The apparatus of claim 1, wherein the solid reducing material is permeable to a gas resulting from a synthesis process and a gas resulting from oxidation of the reducing material. 前記還元物質が、合成処理から生じたガスおよび還元物質の酸化から生じたガスに対して浸透性であり、前記分割部が合成処理から生じたガスに対して浸透性である請求項3記載の装置。 The said reducing substance is permeable with respect to the gas resulting from the synthesis process and the gas resulting from the oxidation of the reducing substance, and the said division | segmentation part is permeable with respect to the gas resulting from the synthesis process. apparatus. 前記固形還元物質の浸透性と離間深度との組み合わせが、合成処理への加熱炉の雰囲気の進入を実質的に阻止する請求項5記載の装置。 6. The apparatus of claim 5, wherein the combination of the permeability of the solid reducing material and the separation depth substantially prevents entry of the furnace atmosphere into the synthesis process. 前記固形還元物質が、5〜10センチメートルの離間深度を有する請求項7記載の装置。 8. The apparatus of claim 7, wherein the solid reducing material has a separation depth of 5 to 10 centimeters. 前記固形還元物質が、カーボンブラック、石炭、コークスまたは金属粉である請求項1記載の装置。 The apparatus according to claim 1, wherein the solid reducing material is carbon black, coal, coke, or metal powder. 前記固形還元物質が、カーボンブラックである請求項9記載の装置。 The apparatus according to claim 9, wherein the solid reducing material is carbon black. 前記容器が、合成処理の材料および固形還元物質に対して実質的に不活性の材料製である請求項1記載の装置。 The apparatus of claim 1, wherein the container is made of a material that is substantially inert to the synthetic processing material and the solid reducing material. 前記容器の材料がステンレス鋼である請求項11記載の装置。 The apparatus of claim 11, wherein the container material is stainless steel. 無調節雰囲気の加熱炉内において、高温下で合成生成物を生成するための前駆体を合成する合成処理において使用する方法であって、
合成処理のために、少なくとも1つの開口部を有する容器に前駆体を包含するように前駆体を容器内に配置する工程と、
合成材料の材料が容器または固形還元物質のいずれかによって加熱炉の雰囲気から離間されるように、固形還元物質を容器と組み合わせて配置する工程と、
包含された前駆体を加熱炉に配置する工程と、
合成生成物を形成するために、包含された前駆体を合成温度まで加熱する工程とを含む方法。
A method used in a synthesis process for synthesizing a precursor for producing a synthesis product at a high temperature in a heating furnace in an uncontrolled atmosphere,
Disposing the precursor in a container to include the precursor in a container having at least one opening for the synthesis process;
Placing the solid reducing material in combination with the container such that the material of the synthetic material is separated from the furnace atmosphere by either the container or the solid reducing material;
Placing the included precursor in a furnace;
Heating the included precursor to a synthesis temperature to form a synthesis product.
前記前駆体が、Fe、LiCO、カーボンブラックおよびリン酸を含み、前記前駆体が600℃を超える温度に加熱され、および前記合成生成物がLiFePOである請求項13記載の方法。 The precursor comprises Fe 2 O 3 , Li 2 CO 3 , carbon black and phosphoric acid, the precursor is heated to a temperature above 600 ° C., and the synthesis product is LiFePO 4. the method of.
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