JP2022547694A - 噴霧熱分解によるナノ構造混合リチウムジルコニウム酸化物の製造 - Google Patents
噴霧熱分解によるナノ構造混合リチウムジルコニウム酸化物の製造 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022547694A JP2022547694A JP2022516039A JP2022516039A JP2022547694A JP 2022547694 A JP2022547694 A JP 2022547694A JP 2022516039 A JP2022516039 A JP 2022516039A JP 2022516039 A JP2022516039 A JP 2022516039A JP 2022547694 A JP2022547694 A JP 2022547694A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- lithium
- metal
- mixed oxide
- zirconium
- mixed
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000005118 spray pyrolysis Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title description 6
- WYDJZNNBDSIQFP-UHFFFAOYSA-N [O-2].[Zr+4].[Li+] Chemical class [O-2].[Zr+4].[Li+] WYDJZNNBDSIQFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 56
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 56
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 56
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 55
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 45
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 34
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 33
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 claims abstract description 33
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 63
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 28
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 24
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 24
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 22
- -1 zirconium carboxylates Chemical class 0.000 claims description 19
- 238000001370 static light scattering Methods 0.000 claims description 16
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 13
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 13
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 10
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 claims description 10
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 claims description 9
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 9
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000011877 solvent mixture Substances 0.000 claims description 9
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 8
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims description 7
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 claims description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 7
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000011164 primary particle Substances 0.000 claims description 7
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 claims description 6
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000002738 chelating agent Substances 0.000 claims description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011245 gel electrolyte Substances 0.000 claims description 5
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 claims description 5
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 5
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 5
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- YIWUKEYIRIRTPP-UHFFFAOYSA-N 2-ethylhexan-1-ol Chemical compound CCCCC(CC)CO YIWUKEYIRIRTPP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- AMQJEAYHLZJPGS-UHFFFAOYSA-N N-Pentanol Chemical compound CCCCCO AMQJEAYHLZJPGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- DKGAVHZHDRPRBM-UHFFFAOYSA-N Tert-Butanol Chemical compound CC(C)(C)O DKGAVHZHDRPRBM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- BTANRVKWQNVYAZ-UHFFFAOYSA-N butan-2-ol Chemical compound CCC(C)O BTANRVKWQNVYAZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- KBPLFHHGFOOTCA-UHFFFAOYSA-N caprylic alcohol Natural products CCCCCCCCO KBPLFHHGFOOTCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 150000007942 carboxylates Chemical class 0.000 claims description 4
- MWKFXSUHUHTGQN-UHFFFAOYSA-N decan-1-ol Chemical compound CCCCCCCCCCO MWKFXSUHUHTGQN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- MNWFXJYAOYHMED-UHFFFAOYSA-N heptanoic acid Chemical class CCCCCCC(O)=O MNWFXJYAOYHMED-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- IPCSVZSSVZVIGE-UHFFFAOYSA-N hexadecanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCC(O)=O IPCSVZSSVZVIGE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- ZSIAUFGUXNUGDI-UHFFFAOYSA-N hexan-1-ol Chemical compound CCCCCCO ZSIAUFGUXNUGDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- FBUKVWPVBMHYJY-UHFFFAOYSA-N nonanoic acid Chemical class CCCCCCCCC(O)=O FBUKVWPVBMHYJY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 4
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 4
- TUNFSRHWOTWDNC-UHFFFAOYSA-N tetradecanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCCC(O)=O TUNFSRHWOTWDNC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- SZHOJFHSIKHZHA-UHFFFAOYSA-N tridecanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCC(O)=O SZHOJFHSIKHZHA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 4
- ZDPHROOEEOARMN-UHFFFAOYSA-N undecanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCC(O)=O ZDPHROOEEOARMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 150000001735 carboxylic acids Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000000470 constituent Substances 0.000 claims description 3
- GHVNFZFCNZKVNT-UHFFFAOYSA-N decanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCC(O)=O GHVNFZFCNZKVNT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- FUZZWVXGSFPDMH-UHFFFAOYSA-N hexanoic acid Chemical class CCCCCC(O)=O FUZZWVXGSFPDMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000003801 milling Methods 0.000 claims description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 2
- HPXRVTGHNJAIIH-UHFFFAOYSA-N cyclohexanol Chemical compound OC1CCCCC1 HPXRVTGHNJAIIH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 150000004985 diamines Chemical class 0.000 claims description 2
- POULHZVOKOAJMA-UHFFFAOYSA-M dodecanoate Chemical compound CCCCCCCCCCCC([O-])=O POULHZVOKOAJMA-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- VKOBVWXKNCXXDE-UHFFFAOYSA-M icosanoate Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O VKOBVWXKNCXXDE-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- KEMQGTRYUADPNZ-UHFFFAOYSA-M margarate Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O KEMQGTRYUADPNZ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- TVMXDCGIABBOFY-UHFFFAOYSA-N n-Octanol Natural products CCCCCCCC TVMXDCGIABBOFY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-M octadecanoate Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- WQEPLUUGTLDZJY-UHFFFAOYSA-M pentadecanoate Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O WQEPLUUGTLDZJY-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- 125000005474 octanoate group Chemical class 0.000 claims 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 claims 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 25
- 229910001317 nickel manganese cobalt oxide (NMC) Inorganic materials 0.000 description 21
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 17
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 14
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 10
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 9
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 7
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 7
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 7
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 6
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- YRKCREAYFQTBPV-UHFFFAOYSA-N acetylacetone Chemical compound CC(=O)CC(C)=O YRKCREAYFQTBPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 6
- IIPYXGDZVMZOAP-UHFFFAOYSA-N lithium nitrate Chemical compound [Li+].[O-][N+]([O-])=O IIPYXGDZVMZOAP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 5
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 5
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 5
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 5
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910021437 lithium-transition metal oxide Inorganic materials 0.000 description 5
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 5
- 238000000550 scanning electron microscopy energy dispersive X-ray spectroscopy Methods 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 150000001732 carboxylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 238000000157 electrochemical-induced impedance spectroscopy Methods 0.000 description 4
- 239000002223 garnet Substances 0.000 description 4
- CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N hafnium(iv) oxide Chemical compound O=[Hf]=O CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 4
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 4
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 4
- WWZKQHOCKIZLMA-UHFFFAOYSA-N Caprylic acid Natural products CCCCCCCC(O)=O WWZKQHOCKIZLMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910020851 La(NO3)3.6H2O Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 3
- OBETXYAYXDNJHR-UHFFFAOYSA-N alpha-ethylcaproic acid Natural products CCCCC(CC)C(O)=O OBETXYAYXDNJHR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 3
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 3
- 150000003949 imides Chemical class 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 description 3
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 description 3
- GSZRRTSGQIIDKS-UHFFFAOYSA-M lithium;7,7-dimethyloctanoate Chemical compound [Li+].CC(C)(C)CCCCCC([O-])=O GSZRRTSGQIIDKS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 3
- 150000002823 nitrates Chemical class 0.000 description 3
- 229920005672 polyolefin resin Polymers 0.000 description 3
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 3
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 3
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 3
- OFYFURKXMHQOGG-UHFFFAOYSA-J 2-ethylhexanoate;zirconium(4+) Chemical compound [Zr+4].CCCCC(CC)C([O-])=O.CCCCC(CC)C([O-])=O.CCCCC(CC)C([O-])=O.CCCCC(CC)C([O-])=O OFYFURKXMHQOGG-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 2
- YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 4-Butyrolactone Chemical compound O=C1CCCO1 YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N EDTA Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(O)=O)CC(O)=O KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Inorganic materials O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 150000004703 alkoxides Chemical class 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 150000001649 bromium compounds Chemical class 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000006182 cathode active material Substances 0.000 description 2
- 239000012461 cellulose resin Substances 0.000 description 2
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 2
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 2
- 238000009831 deintercalation Methods 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- POULHZVOKOAJMA-UHFFFAOYSA-N dodecanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCC(O)=O POULHZVOKOAJMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- KEMQGTRYUADPNZ-UHFFFAOYSA-N heptadecanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCC(O)=O KEMQGTRYUADPNZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 2
- 229910021450 lithium metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- VDVLPSWVDYJFRW-UHFFFAOYSA-N lithium;bis(fluorosulfonyl)azanide Chemical compound [Li+].FS(=O)(=O)[N-]S(F)(=O)=O VDVLPSWVDYJFRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VGYDTVNNDKLMHX-UHFFFAOYSA-N lithium;manganese;nickel;oxocobalt Chemical compound [Li].[Mn].[Ni].[Co]=O VGYDTVNNDKLMHX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910003455 mixed metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 2
- 229920006350 polyacrylonitrile resin Polymers 0.000 description 2
- 229920001225 polyester resin Polymers 0.000 description 2
- 239000004645 polyester resin Substances 0.000 description 2
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010079 rubber tapping Methods 0.000 description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 2
- FQENQNTWSFEDLI-UHFFFAOYSA-J sodium diphosphate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[Na+].[O-]P([O-])(=O)OP([O-])([O-])=O FQENQNTWSFEDLI-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 2
- 229940048086 sodium pyrophosphate Drugs 0.000 description 2
- 238000000527 sonication Methods 0.000 description 2
- 238000007619 statistical method Methods 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 235000019818 tetrasodium diphosphate Nutrition 0.000 description 2
- 239000001577 tetrasodium phosphonato phosphate Substances 0.000 description 2
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 2
- NQPDZGIKBAWPEJ-UHFFFAOYSA-N valeric acid Chemical compound CCCCC(O)=O NQPDZGIKBAWPEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- GYSCBCSGKXNZRH-UHFFFAOYSA-N 1-benzothiophene-2-carboxamide Chemical compound C1=CC=C2SC(C(=O)N)=CC2=C1 GYSCBCSGKXNZRH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYNMXTGXYLXMCP-UHFFFAOYSA-J 2-methylpropanoate zirconium(4+) Chemical compound [Zr+4].CC(C)C([O-])=O.CC(C)C([O-])=O.CC(C)C([O-])=O.CC(C)C([O-])=O FYNMXTGXYLXMCP-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- BJWMSGRKJIOCNR-UHFFFAOYSA-N 4-ethenyl-1,3-dioxolan-2-one Chemical compound C=CC1COC(=O)O1 BJWMSGRKJIOCNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SBLRHMKNNHXPHG-UHFFFAOYSA-N 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one Chemical compound FC1COC(=O)O1 SBLRHMKNNHXPHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N Borate Chemical compound [O-]B([O-])[O-] BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FIPWRIJSWJWJAI-UHFFFAOYSA-N Butyl carbitol 6-propylpiperonyl ether Chemical compound C1=C(CCC)C(COCCOCCOCCCC)=CC2=C1OCO2 FIPWRIJSWJWJAI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QYVLXNSBVQBDTK-UHFFFAOYSA-K C(C(C)C)(=O)[O-].[La+3].C(C(C)C)(=O)[O-].C(C(C)C)(=O)[O-] Chemical compound C(C(C)C)(=O)[O-].[La+3].C(C(C)C)(=O)[O-].C(C(C)C)(=O)[O-] QYVLXNSBVQBDTK-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N Diethyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OCC OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N Dimethoxyethane Chemical compound COCCOC XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N Ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N Ethylenediamine Chemical compound NCCN PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004606 Fillers/Extenders Substances 0.000 description 1
- 229910010787 Li6.25Al0.25La3Zr2O12 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002984 Li7La3Zr2O12 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013063 LiBF 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910015118 LiMO Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013398 LiN(SO2CF2CF3)2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013870 LiPF 6 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910012465 LiTi Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 1
- 235000021314 Palmitic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 235000021355 Stearic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QTHKJEYUQSLYTH-UHFFFAOYSA-N [Co]=O.[Ni].[Li] Chemical compound [Co]=O.[Ni].[Li] QTHKJEYUQSLYTH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LFZYLAXEYRJERI-UHFFFAOYSA-N [Li].[Zr] Chemical compound [Li].[Zr] LFZYLAXEYRJERI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 150000001335 aliphatic alkanes Chemical class 0.000 description 1
- ACKHWUITNXEGEP-UHFFFAOYSA-N aluminum cobalt(2+) nickel(2+) oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Al+3].[Co+2].[Ni+2] ACKHWUITNXEGEP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006183 anode active material Substances 0.000 description 1
- 229910021383 artificial graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 description 1
- GONOPSZTUGRENK-UHFFFAOYSA-N benzyl(trichloro)silane Chemical compound Cl[Si](Cl)(Cl)CC1=CC=CC=C1 GONOPSZTUGRENK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011329 calcined coke Substances 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N dimethyl carbonate Chemical compound COC(=O)OC IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007580 dry-mixing Methods 0.000 description 1
- 239000002001 electrolyte material Substances 0.000 description 1
- 238000001493 electron microscopy Methods 0.000 description 1
- HHFAWKCIHAUFRX-UHFFFAOYSA-N ethoxide Chemical compound CC[O-] HHFAWKCIHAUFRX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LJBVDEGJHLQJDO-UHFFFAOYSA-N ethyl hexanoate;zirconium Chemical compound [Zr].CCCCCC(=O)OCC LJBVDEGJHLQJDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N ethyl methyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OC JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 1
- 238000007429 general method Methods 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 150000002363 hafnium compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910021385 hard carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- VKOBVWXKNCXXDE-UHFFFAOYSA-N icosanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCCCC(O)=O VKOBVWXKNCXXDE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- YAQXGBBDJYBXKL-UHFFFAOYSA-N iron(2+);1,10-phenanthroline;dicyanide Chemical compound [Fe+2].N#[C-].N#[C-].C1=CN=C2C3=NC=CC=C3C=CC2=C1.C1=CN=C2C3=NC=CC=C3C=CC2=C1 YAQXGBBDJYBXKL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YXEUGTSPQFTXTR-UHFFFAOYSA-K lanthanum(3+);trihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[La+3] YXEUGTSPQFTXTR-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 229910003473 lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide Inorganic materials 0.000 description 1
- XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L lithium carbonate Chemical compound [Li+].[Li+].[O-]C([O-])=O XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910052808 lithium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000625 lithium cobalt oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002102 lithium manganese oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- FRMOHNDAXZZWQI-UHFFFAOYSA-N lithium manganese(2+) nickel(2+) oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mn+2].[Ni+2].[Li+] FRMOHNDAXZZWQI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MHCFAGZWMAWTNR-UHFFFAOYSA-M lithium perchlorate Chemical compound [Li+].[O-]Cl(=O)(=O)=O MHCFAGZWMAWTNR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910001496 lithium tetrafluoroborate Inorganic materials 0.000 description 1
- QSZMZKBZAYQGRS-UHFFFAOYSA-N lithium;bis(trifluoromethylsulfonyl)azanide Chemical compound [Li+].FC(F)(F)S(=O)(=O)[N-]S(=O)(=O)C(F)(F)F QSZMZKBZAYQGRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BFZPBUKRYWOWDV-UHFFFAOYSA-N lithium;oxido(oxo)cobalt Chemical compound [Li+].[O-][Co]=O BFZPBUKRYWOWDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VLXXBCXTUVRROQ-UHFFFAOYSA-N lithium;oxido-oxo-(oxomanganiooxy)manganese Chemical compound [Li+].[O-][Mn](=O)O[Mn]=O VLXXBCXTUVRROQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AXMOZGKEVIBBCF-UHFFFAOYSA-M lithium;propanoate Chemical compound [Li+].CCC([O-])=O AXMOZGKEVIBBCF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- MCVFFRWZNYZUIJ-UHFFFAOYSA-M lithium;trifluoromethanesulfonate Chemical compound [Li+].[O-]S(=O)(=O)C(F)(F)F MCVFFRWZNYZUIJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000006051 mesophase pitch carbide Substances 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001960 metal nitrate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001463 metal phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052976 metal sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- WQEPLUUGTLDZJY-UHFFFAOYSA-N n-Pentadecanoic acid Natural products CCCCCCCCCCCCCCC(O)=O WQEPLUUGTLDZJY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 229910021382 natural graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N octadecanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC(O)=O QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OQCDKBAXFALNLD-UHFFFAOYSA-N octadecanoic acid Natural products CCCCCCCC(C)CCCCCCCCC(O)=O OQCDKBAXFALNLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WWZKQHOCKIZLMA-UHFFFAOYSA-M octanoate Chemical compound CCCCCCCC([O-])=O WWZKQHOCKIZLMA-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 150000002902 organometallic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 235000011837 pasties Nutrition 0.000 description 1
- 235000021317 phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 150000003013 phosphoric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 1
- 229960005235 piperonyl butoxide Drugs 0.000 description 1
- 229920001707 polybutylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- OGHBATFHNDZKSO-UHFFFAOYSA-N propan-2-olate Chemical compound CC(C)[O-] OGHBATFHNDZKSO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 238000000790 scattering method Methods 0.000 description 1
- 150000004756 silanes Chemical class 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910021384 soft carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- RBYFNZOIUUXJQD-UHFFFAOYSA-J tetralithium oxalate Chemical compound [Li+].[Li+].[Li+].[Li+].[O-]C(=O)C([O-])=O.[O-]C(=O)C([O-])=O RBYFNZOIUUXJQD-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 150000003568 thioethers Chemical class 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 229910000314 transition metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- LGQXXHMEBUOXRP-UHFFFAOYSA-N tributyl borate Chemical compound CCCCOB(OCCCC)OCCCC LGQXXHMEBUOXRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000003755 zirconium compounds Chemical class 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/362—Composites
- H01M4/366—Composites as layered products
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G25/00—Compounds of zirconium
- C01G25/006—Compounds containing, besides zirconium, two or more other elements, with the exception of oxygen or hydrogen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G53/00—Compounds of nickel
- C01G53/40—Nickelates
- C01G53/42—Nickelates containing alkali metals, e.g. LiNiO2
- C01G53/44—Nickelates containing alkali metals, e.g. LiNiO2 containing manganese
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
- H01M10/0561—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of inorganic materials only
- H01M10/0562—Solid materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
- H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
- H01M10/0566—Liquid materials
- H01M10/0567—Liquid materials characterised by the additives
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/131—Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
- H01M4/483—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides for non-aqueous cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
- H01M4/485—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of mixed oxides or hydroxides for inserting or intercalating light metals, e.g. LiTi2O4 or LiTi2OxFy
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
- H01M4/52—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
- H01M4/525—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
- C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/80—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70
- C01P2002/85—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70 by XPS, EDX or EDAX data
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/04—Particle morphology depicted by an image obtained by TEM, STEM, STM or AFM
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/30—Particle morphology extending in three dimensions
- C01P2004/45—Aggregated particles or particles with an intergrown morphology
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/51—Particles with a specific particle size distribution
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/61—Micrometer sized, i.e. from 1-100 micrometer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/62—Submicrometer sized, i.e. from 0.1-1 micrometer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/64—Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/11—Powder tap density
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/12—Surface area
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/40—Electric properties
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
- H01M2004/028—Positive electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0065—Solid electrolytes
- H01M2300/0068—Solid electrolytes inorganic
- H01M2300/0071—Oxides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0065—Solid electrolytes
- H01M2300/0082—Organic polymers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0088—Composites
- H01M2300/0091—Composites in the form of mixtures
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
本発明は、リチウム、ジルコニウム、ならびに任意にLiおよびZr以外の少なくとも1つの金属を含む混合酸化物を火炎噴霧熱分解によって製造する方法、この方法によって得ることができる混合酸化物、ならびにリチウムイオン電池へのそれらの使用に関する。
Description
本発明は、リチウムおよびジルコニウム、ならびに任意にLiおよびZr以外の少なくとも1つの金属を含む混合酸化物を火炎噴霧熱分解によって製造する方法、この方法によって得ることができる混合酸化物、ならびにリチウムイオン電池における正極活物質としてのそれらの使用に関する。
従来技術
二次リチウムイオン電池は、現在使用されている最も重要な電池の種類の1つである。二次リチウムイオン電池は通常、炭素材料またはリチウム金属合金からなるアノード、リチウム金属酸化物からなるカソード、リチウム塩を有機溶媒に溶解した電解質、ならびに充電および放電プロセス中に正極と負極との間でリチウムイオンを通過させるセパレータから構成される。
二次リチウムイオン電池は、現在使用されている最も重要な電池の種類の1つである。二次リチウムイオン電池は通常、炭素材料またはリチウム金属合金からなるアノード、リチウム金属酸化物からなるカソード、リチウム塩を有機溶媒に溶解した電解質、ならびに充電および放電プロセス中に正極と負極との間でリチウムイオンを通過させるセパレータから構成される。
近年、固有安全性およびエネルギー密度が改善された二次電池を開発する試みで、液体の電解質の代わりに固体の電解質を使用することが大幅に進められている。かかるシステムの中でも、リチウム金属またはリチウム金属合金からなる電極を有する二次リチウム電池が、高いエネルギー密度をもたらし、特に好適であると考えられている。かかる全固体二次リチウムイオン電池は、所要の負荷特性を有するために、電極活物質と電解質との間の界面で良好なイオン伝導性を有する必要がある。この高いイオン伝導性は、特許第4982866号公報に記載されているように、LiTi2(PO4)3等の幾つかのリチウムを含む化合物で電極活物質の表面をコーティングすることによって達成することができる。
リチウムを含む混合酸化物は、固体および液体の両方のリチウムイオン電池において様々な用途がある。
このため、Agnew. Chem. Int., Ed. 2007, 46, pp 1 - 5では、組成Li7La3Zr2O12(LLZ)およびガーネット型構造を有する混合酸化物が、優れたリチウム抵抗を有し、全固体リチウム二次電池に固体電解質として使用され得ることが報告されている。
欧州特許出願公開第2159867号明細書には、固体電解質に使用される、アルミニウムをドープした改良型のLLZ材料の製造が記載されている。このため、炭酸リチウム、水酸化ランタンおよび酸化ジルコニウムを混合し、900~1125℃で焼成する。次いで、Al2O3を焼成LLZ材料に添加し、続いて1180℃で2回目の焼成を行い、密度が約4g/cm3のAlドープLLZ酸化物を得る。
同様の混合酸化物が二次リチウム電池の電極のコーティング材料として使用されることも報告されている。
リチウム電池のカソード材料に関連する一般的な問題の1つは、サイクル中のそれらの急速な老朽化、ひいては性能の損失である。幾つかの金属酸化物での混合リチウム遷移金属酸化物粒子のコーティングまたはドーピングが、電解質と電極材料との望ましくない反応を阻害することで、リチウムイオン電池の長寿命安定性を改善し得ることが知られている。
数ある金属酸化物の中でも、ジルコニウムを含む混合酸化物がこの目的で報告されている。
米国特許出願公開第2017179544号明細書は、ジルコニウムベースの混合金属酸化物をドープしたリチウム正極材料の製造を開示している。このため、実施例1では、金属塩を混合し、混合物を1200℃で10時間焼結し、続いて混合リチウム遷移金属酸化物Li(Li10/75Ni18/75Co9/75Mn38/75)O2と乾式混合し、その後、900℃で20時間加熱してリチウム正極材料を形成することによって、Li7La3Zr2Al0.07O12.0105が製造された。この製造手順から、Li7La3Zr2Al0.07O12.0105の大型の焼結粒子のみがこの実施例に使用され得ることが明らかである。
ジルコニウムを含有する、このように比較的大きな金属酸化物粒子の使用は多くの場合、コアカソード材料の表面上に不均一な分布および大きな集塊金属酸化物粒子をもたらし、結果として、ドープしていないまたはコーティングしていないカソード材料と比較してサイクル性能の改善は殆どまたは全く観察されない。
噴霧熱分解は、比較的小さな金属酸化物粒子を製造する既知の方法である。
噴霧熱分解および火炎噴霧熱分解は、単純な金属酸化物だけでなく、複雑な混合金属酸化物を製造する確立された方法である。噴霧熱分解では、微細液滴の形態の金属化合物を高温域に導入し、そこで酸化および/または加水分解して金属酸化物を得る。この方法の特殊な形態が火炎噴霧熱分解であり、燃料ガスおよび酸素含有ガスの着火によって形成される火炎に液滴を供給する。
国際公開第2015173114号には、リチウム、ランタン、ジルコニウムの前駆体化合物、および任意に他の金属化合物MXを含む対応する溶液を出発物質として用いて、リチウム、ランタン、ジルコニウム、および任意に他の金属を含む混合酸化物粉末を製造する火炎噴霧熱分解法が記載されている。金属前駆体化合物として、ナイトレート、塩化物、臭化物等の無機化合物、またはアルコキシドもしくはカルボキシレート等の有機化合物を使用することが提案される。この特許出願の好ましい実施形態としては、リチウム、ランタン、ジルコニウムおよび他の金属のナイトレートが挙げられる。金属前駆体の溶媒として、水、C5~C20アルカン、C1~C15アルカンカルボン酸および/またはC1~C15アルカノールを使用することが提案され、水および水を含有する溶媒混合物が好ましい。全ての実施例において、水が金属ナイトレート前駆体の唯一の溶媒として使用されている。得られる混合酸化物のBET表面積は、0.19~5.1m2/gの範囲で変動し、平均粒度(d50)は約2~3μmである。
J. Mater. Chem. A, 2016, vol. 4, pp. 12947-12954には、リチウムプロピオネート(C3-カルボキシレート)、アルマトラン[Al(OCH2CH2)3N]、ランタンイソブチレート(C4-カルボキシレート)およびジルコニウムイソブチレート(C4-カルボキシレート)のエタノール溶液から出発した火炎噴霧熱分解による16m2/gのBET表面積、90nmの一次粒度および約5μmの集塊体粒度を有する組成Li6.25Al0.25La3Zr2O12の粉末の製造が開示されている。
課題および解決策
従来技術の引用文献では、噴霧熱分解による混合リチウムジルコニウム金属酸化物の製造が教示されている。しかしながら、得られる生成物は、比較的大きな粒度、低いBET表面積を有することが報告され、通常は比較的高い密度を有する。
従来技術の引用文献では、噴霧熱分解による混合リチウムジルコニウム金属酸化物の製造が教示されている。しかしながら、得られる生成物は、比較的大きな粒度、低いBET表面積を有することが報告され、通常は比較的高い密度を有する。
本発明が取り組む課題は、二次リチウムイオン電池に、例えば固体電解質の成分または電極材料の構成要素として、使用可能な混合リチウムジルコニウム金属酸化物の製造のための改善された方法を提供することである。
具体的には、この方法により、比較的小さな粒度、高いBET表面積および低いタップ密度を有する金属酸化物粒子が提供されることになる。
徹底的な実験の過程で、驚くべきことに、金属前駆体および溶媒の特別な組合せを使用した場合に、所望の粒子特性を有するリチウムジルコニウム混合酸化物が火炎噴霧熱分解法によって製造され得ることが見出された。
混合酸化物を製造する方法
本発明は、リチウム、ジルコニウム、ならびに任意にLiおよびZr以外の少なくとも1つの金属を含む混合酸化物を火炎噴霧熱分解および任意の更なる熱処理によって製造する方法において、
- リチウムカルボキシレートおよび/またはジルコニウムカルボキシレートであって、これらのカルボン酸金属塩のそれぞれが5~20個の炭素原子を有する、リチウムカルボキシレートおよび/またはジルコニウムカルボキシレートと、
- 10重量%未満の水を含有し、アルコールとカルボン酸とのモル比が1:20~20:1である、アルコールと5~20個の炭素原子を有するカルボン酸とを含む溶媒混合物と
を含む金属前駆体の少なくとも1つの溶液を該方法で使用することを特徴とする、方法を提供する。
本発明は、リチウム、ジルコニウム、ならびに任意にLiおよびZr以外の少なくとも1つの金属を含む混合酸化物を火炎噴霧熱分解および任意の更なる熱処理によって製造する方法において、
- リチウムカルボキシレートおよび/またはジルコニウムカルボキシレートであって、これらのカルボン酸金属塩のそれぞれが5~20個の炭素原子を有する、リチウムカルボキシレートおよび/またはジルコニウムカルボキシレートと、
- 10重量%未満の水を含有し、アルコールとカルボン酸とのモル比が1:20~20:1である、アルコールと5~20個の炭素原子を有するカルボン酸とを含む溶媒混合物と
を含む金属前駆体の少なくとも1つの溶液を該方法で使用することを特徴とする、方法を提供する。
火炎噴霧熱分解プロセスにおいては、微細液滴の形態の金属化合物(金属前駆体)の溶液を、燃料ガスおよび酸素含有ガスの着火によって形成される火炎中に導入し、そこで使用される金属前駆体が酸化および/または加水分解されて、対応する金属酸化物が得られる。
この反応により、高度に分散したほぼ球状の一次金属酸化物粒子が初めに形成され、これが反応の更なる過程で合体して凝集体を形成する。次いで、凝集体が集塊体へと蓄積することがある。原則としてエネルギーの導入によって比較的容易に凝集体にまで分離することができる集塊体とは対照的に、凝集体は、仮にあったとしても、エネルギーの集中的な導入によってのみさらに分解される。
製造した金属酸化物は、「ヒュームド」または「熱分解により製造した(pyrogenically produced)」金属酸化物と称される。
火炎噴霧熱分解プロセスは概して、国際公開第2015173114号等に記載されている。
火炎噴霧熱分解は、好ましくは、
a)金属前駆体の少なくとも1つの溶液をアトマイザーガスによって霧化して、エアロゾルを得る工程と、
b)反応器の反応空間において、エアロゾルを、燃料ガスと酸素含有ガスとの混合物の着火によって得られる火炎と反応させて、反応流を得る工程と、
c)反応流を冷却する工程と、
d)固体金属酸化物を続いて反応流から取り出す工程と
を含む。
a)金属前駆体の少なくとも1つの溶液をアトマイザーガスによって霧化して、エアロゾルを得る工程と、
b)反応器の反応空間において、エアロゾルを、燃料ガスと酸素含有ガスとの混合物の着火によって得られる火炎と反応させて、反応流を得る工程と、
c)反応流を冷却する工程と、
d)固体金属酸化物を続いて反応流から取り出す工程と
を含む。
燃料ガスの例は、水素、メタン、エタン、天然ガスおよび/または一酸化炭素である。水素を用いることが特に好ましい。燃料ガスは特に、製造すべき金属酸化物の高い結晶化度が所望される実施形態に用いられる。
酸素含有ガスは概して、空気または酸素富化空気である。酸素含有ガスは特に、例えば製造すべき金属酸化物の高いBET表面積が所望される実施形態に用いられる。酸素の総量は概して、少なくとも燃料ガスおよび金属前駆体の完全な変換に十分であるように選択される。
エアロゾルを得るために、金属前駆体を含有する気化溶液を窒素、空気および/または他のガス等のアトマイザーガスと混合することができる。得られるエアロゾルの微細液滴は、好ましくは1~120μm、特に好ましくは30~100μmの平均液滴サイズを有する。液滴は通例、単材または多材ノズルを用いて生成する。金属前駆体の溶解性を高め、溶液の噴霧化に好適な粘度を達成するために、溶液を加熱してもよい。
本発明の方法に用いられる金属前駆体は、それぞれが5~20個の炭素原子を有する少なくとも1つのリチウムカルボキシレートおよび少なくとも1つのジルコニウムカルボキシレートを含む。
本発明による方法で使用されるリチウムおよびジルコニウムカルボキシレートは、互いに独立して、リチウムおよび/またはジルコニウムの、直鎖、分岐または環状の、ペンタノエート(C5)、ヘキサノエート(C6)、ヘプタノエート(C7)、オクタノエート(C8)、ノナノエート(C9)、デカノエート(C10)、ウンデカノエート(C11)、ドデカノエート(C12)、トリデカノエート(C13)、テトラデカノエート(C14)、ペンタデカノエート(C15)、ヘキサデカノエート(C16)、ヘプタデカノエート(C17)、オクタデカノエート(C18)、ノナデカノエート(C19)、イコサノエート(C20)、およびそれらの混合物であり得る。
最も好ましくは、ジルコニウム2-エチルヘキサノエート(C8)およびリチウムネオデカノエート(C10)を使用する。
使用される金属前駆体は、リチウムおよびジルコニウム以外の金属のカルボキシレートを含有していてもよい。
リチウムおよびジルコニウムの金属前駆体以外の金属前駆体は、ナイトレート、塩化物、臭化物等の無機金属化合物、またはアルコキシド、例えばエトキシド、n-プロポキシド、イソプロポキシド、n-ブトキシドおよび/もしくはtert-ブトキシド等の他の有機金属化合物であってもよい。
混合酸化物に任意に含まれるLiおよびZr以外の少なくとも1つの金属は、好ましくはNa、K;Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Co、Ni、Cu、Mn、B、Al、Ga、In、Fe、Sc、Y、La、Ti、Zr、Hf、Ce、Si、Ge、Sn、Pb、V、Nb、Ta、Mo、Wおよびそれらの組合せから選ぶことができる。本発明との関連では、シリカおよびホウ素は金属とみなされるものとし、それらの化合物を本発明の方法において金属前駆体として使用してもよい。好ましくは、本発明の混合酸化物は、ランタン(La)およびアルミニウム(Al)を含有する。
金属前駆体を溶解するために本発明の方法に使用される溶媒混合物は、アルコールと5~20個の炭素原子を有するカルボン酸とを含む。
アルコールは、好ましくはメタノール、エタノール、n-プロパノール、イソプロパノール、n-ブタノール、sec-ブタノール、tert-ブタノール、n-ペンタノール、n-ヘキサノール、シクロヘキサノール、n-オクタノール、2-エチルヘキサノール、n-デカノール、ネオデカノール、およびそれらの混合物からなる群から選択される。
カルボン酸は、好ましくは直鎖、分岐または環状の、ペンタン酸(C5)、ヘキサン酸(C6)、ヘプタン酸(C7)、オクタン酸(C8)、ノナン酸(C9)、デカン酸(C10)、ウンデカン酸(C11)、ドデカン酸(C12)、トリデカン酸(C13)、テトラデカン酸(C14)、ペンタデカン酸(C15)、ヘキサデカン酸(C16)、ヘプタデカン酸(C17)、オクタデカン酸(C18)、ノナデカン酸(C19)、イコサン酸(C20)、およびそれらの混合物からなる群から選択される。
本発明に使用される溶媒混合物中のアルコールとカルボン酸とのモル比は、1:20~20:1、好ましくは1:15~15:1、より好ましくは1:10~10:1、最も好ましくは1:6~6:1である。
本発明に使用される溶媒混合物は、10重量%未満の水、好ましくは5重量%未満の水、より好ましくは3重量%未満の水、さらに好ましくは2重量%未満の水、さらにより好ましくは1重量%未満の水を含有する。
金属前駆体の溶液中の総金属含有量は、好ましくは1重量%~30重量%、より好ましくは2重量%~20重量%、さらに好ましくは3重量%~15重量%である。「総金属含有量」とは、使用される金属前駆体の溶液中の金属前駆体に含まれる全金属の総重量割合と理解される。
本発明の方法で使用される溶媒混合物は、キレート剤、すなわち金属イオンと2つ以上の配位結合を形成することが可能な化合物を付加的に含んでいてもよい。かかるキレート剤の例は、例えばエチレンジアミン、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)のようなジアミン、アセチルアセトンおよびアルキルアセチルアセテート等の1,3-ジカルボニル化合物である。最も好ましくは、アセチルアセトンをかかるキレート剤として使用する。
かかるキレート剤の存在下で、幾つかの金属前駆体、例えばジルコニウム化合物がより良好な溶解性を示し、比較的長い貯蔵時間後に沈殿を示さないことが観察された。
本発明による金属前駆体と溶媒混合物との特別な組合せの使用は、全ての金属前駆体の良好な溶解性を確保し、小さな粒度、高いBET表面積および低いタップ密度等の所望の金属酸化物の粒子特性を達成することを可能にする。
本発明の方法は、火炎噴霧熱分解によって製造したリチウム、ジルコニウム、ならびに任意にLiおよびZr以外の少なくとも1つの金属を含む混合酸化物の熱処理の工程をさらに含み得る。
この更なる熱処理は、好ましくは600℃~1300℃、より好ましくは650℃~1250℃、さらに好ましくは700℃~1200℃、さらにより好ましくは750℃~1150℃の温度で行われる。
本発明の方法による熱処理は、望ましい特性、特に所望の結晶構造を有する熱処理された金属酸化物を得ることを可能にする。このため、例えば約800℃~1200℃の温度でのLi7La3Zr2O12の熱処理により、特にリチウムイオン電池用の固体電解質への使用に適した、立方晶ガーネット結晶構造を有する混合金属酸化物の形成が可能となる。
本発明の方法は、火炎噴霧熱分解によって製造したリチウム、ジルコニウム、ならびに任意にLiおよびZr以外の少なくとも1つの金属を含む混合酸化物のミル粉砕、好ましくはボールミル粉砕の更なる工程を含み得る。
ボールミル粉砕は、好ましくは、エタノールまたはイソプロパノール等の適切な溶媒中で、例えば直径が約0.5mmのZrO2ボールによって行われる。
最も好ましくは、本発明の方法は、熱処理および熱処理された金属酸化物のボールミル粉砕の両方を含む。
本発明の方法によるボールミル粉砕プロセスは、望ましい特性、特にリチウムイオン電池への使用に特に適した所望の結晶構造および粒度を有するボールミル粉砕された金属酸化物を得ることを可能にする。このため、立方晶ガーネット結晶構造および所望の粒度を有するボールミル粉砕および熱処理されたLi7La3Zr2O12は、リチウムイオン電池用の固体電解質への使用に特に適している。
混合酸化物
本発明による方法によって製造された混合酸化物は、好ましくは0.1m2/g~100m2/gのBET表面積を有する。
本発明による方法によって製造された混合酸化物は、好ましくは0.1m2/g~100m2/gのBET表面積を有する。
熱処理されていない混合酸化物、すなわち更なる熱処理が用いられていない本発明の方法の生成物は、好ましくは5m2/g~100m2/g、より好ましくは7m2/g~70m2/g、最も好ましくは15~50m2/gのBET表面積を有する。
熱処理された混合酸化物、すなわち更なる熱処理が用いられた本発明の方法の生成物は、好ましくは10m2/g未満、より好ましくは0.1m2/g~10m2/g、より好ましくは0.2m2/g~5m2/g、最も好ましくは0.3~3m2/gのBET表面積を有する。
熱処理およびボールミル粉砕された混合酸化物、すなわち更なる熱処理およびボールミル粉砕プロセスが用いられた本発明の方法の生成物は、好ましくは3m2/g~30m2/g、より好ましくは4m2/g~25m2/g、最も好ましくは5m2/g~20m2/gのBET表面積を有する。
BET表面積は、DIN 9277:2014に準拠し、ブルナウアー-エメット-テラー法による窒素吸着によって決定することができる。
本発明による方法によって製造された混合酸化物は通常、遷移電子顕微鏡法(TEM)によって決定される一次粒子の数平均径が5~100nm、好ましくは7~70nm、より好ましくは10~50nmの凝集一次粒子の形態である。この数平均径は、TEMによって分析された少なくとも500個の粒子の平均サイズを算出することによって決定することができる。
(凝集および集塊した)混合酸化物の数平均粒径d50は、通常は約0.05μm~3μm、より好ましくは0.1μm~2μm、さらに好ましくは0.15μm~1.0μmである。この数平均径は、好適な分散液、例えば水分散液中で、静的光散乱(SLS)法によって決定することができる。
集塊体および一部の凝集体を、例えば粒子の粉砕または超音波処理によって破壊し、より小さな粒度およびより狭い粒径分布を有する粒子を得ることができる。
好ましくは、粒子5重量%とピロリン酸ナトリウムの0.5g/L水溶液95重量%とからなる混合物の25℃で300秒の超音波処理後に静的光散乱(SLS)によって決定される混合酸化物の平均粒径d50は、10~150nm、より好ましくは20~130nm、さらに好ましくは30~120nmである。
粒子5重量%とピロリン酸ナトリウムの0.5g/L水溶液95重量%とからなる混合物の25℃で300秒の超音波処理後に静的光散乱(SLS)によって決定される二酸化ジルコニウムおよび/またはジルコニウムを含む混合酸化物の粒子のスパン(d90-d10)/d50は、好ましくは0.4~1.2、より好ましくは0.5~1.1、さらに好ましくは0.6~1.0である。
このため、本発明の方法によって製造される混合酸化物は、好ましくは比較的小さな粒度および狭い粒径分布を特徴とする。これは、リチウムイオン電池用の電極活物質の高品質な金属酸化物ドーピングおよび/またはコーティングを達成するのに役立つ。
d値d10、d50およびd90は、一般に所与のサンプルの累積粒径分布を特徴付けるために用いられる。例えば、d10径は、サンプルの体積の10%がd10よりも小さい粒子から構成される直径であり、d50は、サンプルの体積の50%がd50よりも小さい粒子から構成される直径である。d50は、サンプルを体積で等分することから「体積中位径」としても知られ、d90は、サンプルの体積の90%がd90よりも小さい粒子から構成される直径である。
本発明による方法によって製造された混合酸化物は、好ましくは20g/L~1000g/Lのタップ密度を有する。
本発明による方法によって製造された熱処理されていない混合酸化物は、好ましくは20g/L~200g/L、より好ましくは30g/L~150g/L、さらに好ましくは40g/L~130g/L、さらにより好ましくは50g/L~120g/Lのタップ密度を有する。
本発明による方法によって製造された、熱処理された混合酸化物は、好ましくは400g/L~1000g/L、より好ましくは450g/L~800g/L、さらに好ましくは500g/L~700g/Lのタップ密度を有する。
粉末または粗粒の粒状材料のタップ密度は、DIN ISO 787-11:1995「顔料および体質顔料の一般試験方法-第11部:タップ容積およびタップ後の見掛け密度の測定(General methods of test for pigments and extenders -- Part 11: Determination of tamped volume and apparent density after tamping)」に準拠して決定することができる。これは、撹拌およびタップ後のベッドの見掛け密度を測定することを含む。
本発明の方法によって製造された混合酸化物は、好ましくは、火炎噴霧熱分解プロセスによるその合成後に親水性であり、シラン等の任意の疎水性試薬によってさらに処理されない。このようにして製造した粒子は通常、少なくとも96重量%、好ましくは少なくとも98重量%、より好ましくは少なくとも99重量%の純度を有し、ここで、100%の純度は、混合酸化物が指定の金属および酸素のみを含有することを意味する。混合酸化物は、二酸化ハフニウムの形態でハフニウム化合物を含んでいてもよい。二酸化ハフニウムの割合は、ZrO2をベースとして1~4重量%とすることができる。塩化物の含有量は、混合酸化物粉末の質量をベースとして好ましくは0.5重量%未満、より好ましくは0.1重量%未満である。炭素の割合は、混合酸化物粉末の質量をベースとして好ましくは2.0重量%未満、より好ましくは0.005重量%~1.0重量%、さらに好ましくは0.01重量%~0.5重量%である。
混合酸化物は、好ましくは一般式LiaZrbMcO0.5a+2b+d(I)の化合物であり、ここで、
1.5≦a≦15、好ましくは1.8≦a≦12、
0.5≦b≦3.0、好ましくは0.8≦b≦3.0、
0≦c≦5、好ましくは1.5≦c≦4、
M=Na、Kの場合はd=0.5c、
M=Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Co、Ni、Cu、Mnの場合はd=c、
M=B、Al、Ga、In、Fe、Sc、Y、Laの場合はd=1.5c、
M=Ti、Zr、Hf、Ce、Si、Ge、Sn、Pbの場合はd=2c、
M=V、Nb、Taの場合はd=2.5c、
M=Mo、Wの場合はd=3cである。
1.5≦a≦15、好ましくは1.8≦a≦12、
0.5≦b≦3.0、好ましくは0.8≦b≦3.0、
0≦c≦5、好ましくは1.5≦c≦4、
M=Na、Kの場合はd=0.5c、
M=Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Co、Ni、Cu、Mnの場合はd=c、
M=B、Al、Ga、In、Fe、Sc、Y、Laの場合はd=1.5c、
M=Ti、Zr、Hf、Ce、Si、Ge、Sn、Pbの場合はd=2c、
M=V、Nb、Taの場合はd=2.5c、
M=Mo、Wの場合はd=3cである。
一般式(I)において、MはNa、K、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Co、Ni、Cu、Mn、B、Al、Ga、In、Fe、Sc、Y、La、Ti、Zr、Hf、Ce、Si、Ge、Sn、Pb、V、Nb、Ta、Mo、Wからなる群から選択される1つまたは幾つかの元素であり得る。好ましくは、M=LaおよびAlである。
本発明は、
- 凝集一次粒子の形態であり、
- 15~50m2/gのBET表面積を有し、
- 静的光散乱(SLS)によって決定されるd50=0.1~2μmの数平均粒径を有し、
- 50~200g/Lのタップ密度を有する、リチウム、ジルコニウム、ならびに任意にLiおよびZr以外の少なくとも1つの金属を含む混合酸化物をさらに提供する。
- 凝集一次粒子の形態であり、
- 15~50m2/gのBET表面積を有し、
- 静的光散乱(SLS)によって決定されるd50=0.1~2μmの数平均粒径を有し、
- 50~200g/Lのタップ密度を有する、リチウム、ジルコニウム、ならびに任意にLiおよびZr以外の少なくとも1つの金属を含む混合酸化物をさらに提供する。
かかる混合酸化物は、更なる熱処理を適用しない、本発明の方法によって製造することができる。
本発明は、
- 凝集一次粒子の形態であり、
- 10m2/g未満、好ましくは0.1~10m2/gのBET表面積を有し、
- 静的光散乱(SLS)によって決定されるd50=1~50μmの数平均粒径を有し、
- 400~1000g/Lのタップ密度を有する、リチウム、ジルコニウム、ならびに任意にLiおよびZr以外の少なくとも1つの金属を含む混合酸化物をさらに提供する。
- 凝集一次粒子の形態であり、
- 10m2/g未満、好ましくは0.1~10m2/gのBET表面積を有し、
- 静的光散乱(SLS)によって決定されるd50=1~50μmの数平均粒径を有し、
- 400~1000g/Lのタップ密度を有する、リチウム、ジルコニウム、ならびに任意にLiおよびZr以外の少なくとも1つの金属を含む混合酸化物をさらに提供する。
かかる混合酸化物は、更なる熱処理および任意にボールミル粉砕プロセスを適用する本発明の方法によって製造することができる。
本発明は、本発明による方法によって得ることができる混合酸化物をさらに提供する。
リチウムイオン電池への混合酸化物の使用
本発明は、リチウムイオン電池における、特にリチウムイオン電池の固体電解質の成分、液体もしくはゲル電解質への添加剤、またはリチウムイオン電池の電極の構成要素としての本発明による混合酸化物または本発明の方法によって得ることができる混合酸化物の使用をさらに提供する。
本発明は、リチウムイオン電池における、特にリチウムイオン電池の固体電解質の成分、液体もしくはゲル電解質への添加剤、またはリチウムイオン電池の電極の構成要素としての本発明による混合酸化物または本発明の方法によって得ることができる混合酸化物の使用をさらに提供する。
本発明は、本発明による混合酸化物または本発明の方法によって得ることができる混合酸化物を含むリチウムイオン電池をさらに提供する。
本発明のリチウムイオン電池は、活性正極(カソード)とは別に、アノード、セパレータ、およびリチウムを含む化合物を含む電解質を含み得る。
リチウムイオン電池の正極(カソード)は通常、集電体と集電体上に形成されたカソード活物質層とを含む。
集電体は、アルミニウム箔、銅箔、ニッケル箔、ステンレス鋼箔、チタン箔、導電性金属でコーティングされたポリマー基材、またはそれらの組合せであり得る。
正極活物質は、リチウムイオンを可逆的にインターカレート/デインターカレートすることが可能な物質を含むことができ、当該技術分野で既知である。かかる正極活物質は、Ni、Co、Mn、Vまたは他の遷移金属、および任意にリチウムを含む混合酸化物等の遷移金属酸化物を含み得る。正極活物質として使用されるのが好ましい混合リチウム遷移金属酸化物は、リチウム-コバルト酸化物、リチウム-マンガン酸化物、リチウム-ニッケル-コバルト酸化物、リチウム-ニッケル-マンガン-コバルト酸化物、リチウム-ニッケル-コバルト-アルミニウム酸化物、リチウム-ニッケル-マンガン酸化物、またはそれらの混合物からなる群から選択される。混合リチウム遷移金属酸化物は、好ましくは一般式LiMO2を有し、ここで、Mはニッケル、コバルト、マンガンから選択される少なくとも1つの遷移金属であり、より好ましくはM=CoまたはNixMnyCozであり、ここで、0.3≦x≦0.9、0≦y≦0.45、0≦z≦0.4である。
リチウムイオン電池のアノードは、リチウムイオンを可逆的にインターカレート/デインターカレートすることが可能な、二次リチウムイオン電池に一般に使用される任意の好適な物質を含み得る。その典型例は、板状、フレーク、球状もしくは繊維状の黒鉛の形態の天然もしくは人造黒鉛等の結晶性炭素;軟質炭素、硬質炭素、中間相ピッチカーバイド、焼成コークス等のような非晶質炭素、またはそれらの混合物を含む炭素質物質である。加えて、リチウム金属または変換材料(例えば、SiまたはSn)をアノード活物質として使用することができる。
リチウムイオン電池の電解質は、液体、ゲルまたは固体の形態であり得る。
リチウムイオン電池の液体電解質は、無水エチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)、プロピレンカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート、γブチロラクトン、ジメトキシエタン、フルオロエチレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、またはそれらの混合物等のリチウムイオン電池に一般に使用される任意の好適な有機溶媒を含むことができる。
ゲル電解質は、ゲル化ポリマーを含む。
リチウムイオン電池の固体電解質は、酸化物、例えばリチウム金属酸化物、硫化物、リン酸塩、または固体ポリマーを含むことができる。
リチウムイオン電池の液体またはポリマーゲル電解質は、通常はリチウム塩を含有する。かかるリチウム塩の例としては、リチウムヘキサフルオロホスフェート(LiPF6)、リチウムビス2-(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(LiTFSI)、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)、リチウムペルクロレート(LiClO4)、リチウムテトラフルオロボレート(LiBF4)、Li2SiF6、リチウムトリフレート、LiN(SO2CF2CF3)2、リチウムナイトレート、リチウムビス(オキサレート)ボレート、リチウム-シクロ-ジフルオロメタン-1,1-ビス(スルホニル)イミド、リチウム-シクロ-ヘキサフルオロプロパン-1,1-ビス(スルホニル)イミドおよびそれらの混合物が挙げられる。
リチウムイオン電池、特に液体またはゲル電解質を含むリチウムイオン電池は、内部短絡につながる2つの電極間の直接接触を防ぐセパレータを備えていてもよい。
セパレータの材料は、ポリオレフィン樹脂、フッ素化ポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、セルロース樹脂、不織布またはそれらの混合物を含み得る。好ましくは、この材料は、ポリエチレンまたはポリプロピレン系ポリマー等のポリオレフィン樹脂、ポリフッ化ビニリデンポリマーまたはポリテトラフルオロエチレン等のフッ素化樹脂、ポリエチレンテレフタレートおよびポリブチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、セルロース樹脂、不織布またはそれらの混合物を含む。
実施例
BET表面積0.30~0.60m2/g、中位粒径d50=10.6±2μm(静的レーザー散乱法によって決定される)の市販の混合リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物粉末NMC(7-1.5-1.5)(タイプPLB-H7)が、Linyi Gelon LIB Co.によって提供された。
BET表面積0.30~0.60m2/g、中位粒径d50=10.6±2μm(静的レーザー散乱法によって決定される)の市販の混合リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物粉末NMC(7-1.5-1.5)(タイプPLB-H7)が、Linyi Gelon LIB Co.によって提供された。
平均分子量4×105g/molの市販のポリエチレン酸化物(PEO、Sigma-Aldrich製)を電解質配合物に使用した。PEOは、そのまま(as received)使用した。キシダ化学株式会社製の純度>99%(電池グレード)のリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI)をグローブボックス内でそのまま使用した。
市販のリチウム蒸着Cu箔を本城金属株式会社から購入したが、銅層の厚さは10μmであり、リチウム層の厚さは20μmである。
比較例1
(水性ナイトレート前駆体からのLi-La-Zr-Al混合酸化物)
1142gのLiNO3、2839gのLa(NO3)3・6H2O、1670gのZr(NO3)4(金属含有量:24wt%)および212gのAl(NO3)3・9H2Oを含有する18.63kgの水溶液を、透明な溶液が得られるまで一定に撹拌しながら調製した。この溶液は、組成Li7.54La3Zr2Al0.26O12.66に相当する。
(水性ナイトレート前駆体からのLi-La-Zr-Al混合酸化物)
1142gのLiNO3、2839gのLa(NO3)3・6H2O、1670gのZr(NO3)4(金属含有量:24wt%)および212gのAl(NO3)3・9H2Oを含有する18.63kgの水溶液を、透明な溶液が得られるまで一定に撹拌しながら調製した。この溶液は、組成Li7.54La3Zr2Al0.26O12.66に相当する。
2.5kg/hのこの溶液および15Nm3/hの空気から二成分ノズルを介してエアロゾルを形成し、燃焼火炎により管形反応器内に噴霧した。火炎の燃焼ガスは、20Nm3/hの水素および75Nm3/hの空気からなり、噴霧ノズルの1メートル下の測定点での制御温度は900℃となる。さらに、25Nm3/hの二次空気を使用した。反応器の後に反応ガスを冷却し、濾過した。
粒子特性を表1に示し、粒子のTEM像を図1Aおよび図1Bに示す。
比較例1のLi-La-Zr-Al混合酸化物でコーティングされたNMC粉末の製造:
高強度実験室用ミキサー(0.5L混合ユニットを備えるSomakonのMP-GLミキサー)において、NMC粉末(99g)を1.0g(1wt%)の比較例1のヒュームド粉末とまず500rpm(比電気出力:350W/kg NMC)で1分間混合し、2つの粉末を均一に混合した。その後、混合強度を2000rpm(比電気出力:800W/kg NMC、混合ユニット内の混合器具の先端速度:10m/s)まで増大させ、混合を5分間継続して、比較例1のヒュームド粉末によるNMC粒子のドライコーティングを達成した。
高強度実験室用ミキサー(0.5L混合ユニットを備えるSomakonのMP-GLミキサー)において、NMC粉末(99g)を1.0g(1wt%)の比較例1のヒュームド粉末とまず500rpm(比電気出力:350W/kg NMC)で1分間混合し、2つの粉末を均一に混合した。その後、混合強度を2000rpm(比電気出力:800W/kg NMC、混合ユニット内の混合器具の先端速度:10m/s)まで増大させ、混合を5分間継続して、比較例1のヒュームド粉末によるNMC粒子のドライコーティングを達成した。
比較例2
(エタノール性ナイトレート前駆体からのLi-La-Zr-Al混合酸化物)
779gのLiNO3、1930gのLa(NO3)3・6H2O、1139gのZr(NO3)4(金属含有量:24wt%)および146gのAl(NO3)3・9H2Oを含有する18.3kgのエタノール溶液を、透明な溶液が得られるまで一定に撹拌しながら調製した。この溶液は、組成Li7.54La3Zr2Al0.26O12.66に相当する。
(エタノール性ナイトレート前駆体からのLi-La-Zr-Al混合酸化物)
779gのLiNO3、1930gのLa(NO3)3・6H2O、1139gのZr(NO3)4(金属含有量:24wt%)および146gのAl(NO3)3・9H2Oを含有する18.3kgのエタノール溶液を、透明な溶液が得られるまで一定に撹拌しながら調製した。この溶液は、組成Li7.54La3Zr2Al0.26O12.66に相当する。
2.5kg/hのこの溶液および15Nm3/hの空気から二成分ノズルを介してエアロゾルを形成し、燃焼火炎により管形反応器内に噴霧した。火炎の燃焼ガスは、13.7Nm3/hの水素および75Nm3/hの空気からなり、噴霧ノズルの1メートル下の測定点での制御温度は900℃となる。さらに、25Nm3/hの二次空気を使用した。反応器の後に反応ガスを冷却し、濾過した。
粒子特性を表1に示し、粒子のTEM像を図2Aおよび図2Bに示す。
実施例1
(Li-La-Zr-Al混合酸化物)
ジルコニウムエチルヘキサノエートの形態で12wt%Zrを含有する1320gの市販の溶液(Octa Solingen(登録商標) Zirconium 12)を173gのアセチルアセトンと混合した。この溶液を、リチウムネオデカノエートの形態で2wt%Liを含有する2273gの市販の溶液(Borchers(登録商標) Deca Lithium2)と、一定に撹拌しながら混合した。1125gのLa(NO3)3・6H2O、83.3gのAl(NO3)3・9H2O、2660gのエタノールおよび2660gのエチルヘキサン酸を含有する更なる溶液(エタノール:エチルヘキサン酸のモル比=3.1:1、溶媒混合物中の含水量:2.7wt%)を、透明な溶液が得られるまで絶えず撹拌しながら添加した。この溶液は、組成Li7.54La3Zr2Al0.26O12.66に相当する。
(Li-La-Zr-Al混合酸化物)
ジルコニウムエチルヘキサノエートの形態で12wt%Zrを含有する1320gの市販の溶液(Octa Solingen(登録商標) Zirconium 12)を173gのアセチルアセトンと混合した。この溶液を、リチウムネオデカノエートの形態で2wt%Liを含有する2273gの市販の溶液(Borchers(登録商標) Deca Lithium2)と、一定に撹拌しながら混合した。1125gのLa(NO3)3・6H2O、83.3gのAl(NO3)3・9H2O、2660gのエタノールおよび2660gのエチルヘキサン酸を含有する更なる溶液(エタノール:エチルヘキサン酸のモル比=3.1:1、溶媒混合物中の含水量:2.7wt%)を、透明な溶液が得られるまで絶えず撹拌しながら添加した。この溶液は、組成Li7.54La3Zr2Al0.26O12.66に相当する。
2.5kg/h流のこの溶液および15Nm3/h流の空気から二成分ノズルを介してエアロゾルを形成し、燃焼火炎により管形反応器内に噴霧した。火炎の燃焼ガスは、12.9Nm3/hの水素および75Nm3/hの空気からなり、噴霧ノズルの1メートル下の測定点での制御温度は900℃となる。さらに、25Nm3/hの二次空気を使用した。反応器の後に反応ガスを冷却し、濾過した。
粒子特性を表1に示し、粒子のTEM像を図3Aおよび図3Bに示す。
実施例1のLi-La-Zr-Al混合酸化物でコーティングされたNMC粉末の製造:
高強度実験室用ミキサー(0.5L混合ユニットを備えるSomakonのMP-GLミキサー)において、NMC粉末(99g)を1.0g(1wt%)の実施例1のヒュームド粉末とまず500rpm(比電気出力:350W/kg NMC)で1分間混合し、2つの粉末を均一に混合した。その後、混合強度を2000rpm(比電気出力:800W/kg NMC、混合ユニット内の混合器具の先端速度:10m/s)まで増大させ、混合を5分間継続して、実施例1のヒュームド粉末によるNMC粒子のドライコーティングを達成した。
高強度実験室用ミキサー(0.5L混合ユニットを備えるSomakonのMP-GLミキサー)において、NMC粉末(99g)を1.0g(1wt%)の実施例1のヒュームド粉末とまず500rpm(比電気出力:350W/kg NMC)で1分間混合し、2つの粉末を均一に混合した。その後、混合強度を2000rpm(比電気出力:800W/kg NMC、混合ユニット内の混合器具の先端速度:10m/s)まで増大させ、混合を5分間継続して、実施例1のヒュームド粉末によるNMC粒子のドライコーティングを達成した。
実施例2
(焼成Li-La-Zr-Al混合酸化物)
実施例1で得られた混合酸化物を回転炉にて950℃で6時間焼成した。XRD分析(図4)から、生成物の主相が立方晶ガーネット構造であることが示された。
(焼成Li-La-Zr-Al混合酸化物)
実施例1で得られた混合酸化物を回転炉にて950℃で6時間焼成した。XRD分析(図4)から、生成物の主相が立方晶ガーネット構造であることが示された。
実施例3
(焼成およびボールミル粉砕されたLi-La-Zr-Al混合酸化物)
実施例2で得られた混合酸化物を、エタノール中で直径が約0.5mmのZrO2ボールによってさらにボールミル粉砕した。XRD分析(図4)から、生成物の主相が依然として立方晶ガーネット構造であることが示された。
(焼成およびボールミル粉砕されたLi-La-Zr-Al混合酸化物)
実施例2で得られた混合酸化物を、エタノール中で直径が約0.5mmのZrO2ボールによってさらにボールミル粉砕した。XRD分析(図4)から、生成物の主相が依然として立方晶ガーネット構造であることが示された。
SEM-EDXによるLLZOコーティング混合リチウム遷移金属酸化物の分析
図5に、ヒュームドナノLLZO(実施例1)を用いて製造したLLZOコーティングNMC上のLa(白色)のSEM-EDXマッピングを示し、図6に、ヒュームド粗LLZO(比較例1)でコーティングされたNMCの分析の結果を示す。図5および図6の軸は、以下を示す:x軸=粒子の直径;左y軸=体積の%、右y軸=累積体積の%。ヒュームドナノLLZO(実施例1)でドライコーティングされたNMC混合酸化物は、LLZOによる全てのNMC粒子の完全かつ均一な被覆を示す(図5)。より大きなLLZO集塊体は検出されず、ナノ構造ヒュームドナノLLZOの良好な分散性が示された。さらに、NMC粒子に隣接して付着していない遊離のLLZO粒子は見られず、コーティングと基材(NMC)との間の強い接着が示された。対照的に、図6では、ヒュームド粗LLZOの微細なLLZO粒子のみがNMC粒子の表面に付着していることが示される。より大きなLLZO粒子は分散しないため、付着せず、NMC粒子に隣接して位置する。結果として、NMC粒子は、酸化ジルコニウムで完全には覆われない。
図5に、ヒュームドナノLLZO(実施例1)を用いて製造したLLZOコーティングNMC上のLa(白色)のSEM-EDXマッピングを示し、図6に、ヒュームド粗LLZO(比較例1)でコーティングされたNMCの分析の結果を示す。図5および図6の軸は、以下を示す:x軸=粒子の直径;左y軸=体積の%、右y軸=累積体積の%。ヒュームドナノLLZO(実施例1)でドライコーティングされたNMC混合酸化物は、LLZOによる全てのNMC粒子の完全かつ均一な被覆を示す(図5)。より大きなLLZO集塊体は検出されず、ナノ構造ヒュームドナノLLZOの良好な分散性が示された。さらに、NMC粒子に隣接して付着していない遊離のLLZO粒子は見られず、コーティングと基材(NMC)との間の強い接着が示された。対照的に、図6では、ヒュームド粗LLZOの微細なLLZO粒子のみがNMC粒子の表面に付着していることが示される。より大きなLLZO粒子は分散しないため、付着せず、NMC粒子に隣接して位置する。結果として、NMC粒子は、酸化ジルコニウムで完全には覆われない。
図7に実施例1および比較例1の統計分析を示す。SEM-EDXマッピングにおけるLa(白色)のμm2の面積分布をボックス正規プロットによってさらに分析し、実施例1と比較例1との間でLa(白色)の分散性の明確な差異が示される。
ハイブリッド固体電解質(HSE)膜の作製
LLZOセラミック粉末をポリエチレン酸化物(PEO)およびLiTFSIと混合して、無溶媒のホットプレス手順を行うことで、柔軟な自立膜を得た。実施例2および実施例3のLLZOを用いた2セットの複合膜を表2に従って作製した。秤量した(weighted)LLZOのHSE膜を粉砕し、PEOおよび秤量したLLZOとともにミル粉砕してペースト状の物質を得て、これを続いて100℃で一晩焼鈍し、テフロン基板間にて100℃で連続的にホットプレスし、約110μmの所望の厚さとした。
LLZOセラミック粉末をポリエチレン酸化物(PEO)およびLiTFSIと混合して、無溶媒のホットプレス手順を行うことで、柔軟な自立膜を得た。実施例2および実施例3のLLZOを用いた2セットの複合膜を表2に従って作製した。秤量した(weighted)LLZOのHSE膜を粉砕し、PEOおよび秤量したLLZOとともにミル粉砕してペースト状の物質を得て、これを続いて100℃で一晩焼鈍し、テフロン基板間にて100℃で連続的にホットプレスし、約110μmの所望の厚さとした。
全固体リチウム金属電池の組立ておよび特性評価
(a)LLZOフィラーを用いないPEO、(b)焼成LLZO(実施例2)フィラーを用いたPEO、さらには(c)ボールミル粉砕したLLZO(実施例3)フィラーを用いたPEOを用いて、3セットの全固体NMC_HSE_Li金属電池を組み立てた。電気化学インピーダンス分光法(EIS)によって初期インピーダンスを分析し、結果を図8に示す。図9に、60℃および0.1Cでの3.0Vと4.3Vとの間のこれら3つのセルの初期形成を示す。実施例3のLLZOを用いたセルは、3つの実施例の中で、0.1Cの放電で140mAh/gの最も高い容量および最も低いインピーダンスを示した。
(a)LLZOフィラーを用いないPEO、(b)焼成LLZO(実施例2)フィラーを用いたPEO、さらには(c)ボールミル粉砕したLLZO(実施例3)フィラーを用いたPEOを用いて、3セットの全固体NMC_HSE_Li金属電池を組み立てた。電気化学インピーダンス分光法(EIS)によって初期インピーダンスを分析し、結果を図8に示す。図9に、60℃および0.1Cでの3.0Vと4.3Vとの間のこれら3つのセルの初期形成を示す。実施例3のLLZOを用いたセルは、3つの実施例の中で、0.1Cの放電で140mAh/gの最も高い容量および最も低いインピーダンスを示した。
Claims (17)
- リチウム、ジルコニウム、ならびに任意にLiおよびZr以外の少なくとも1つの金属を含む混合酸化物を火炎噴霧熱分解によって製造する方法において、
- リチウムカルボキシレートおよび/またはジルコニウムカルボキシレートであって、これらのカルボン酸金属塩のそれぞれが5~20個の炭素原子を有する、リチウムカルボキシレートおよび/またはジルコニウムカルボキシレートと、
- 10重量%未満の水を含有し、アルコールとカルボン酸とのモル比が1:20~20:1である、アルコールと5~20個の炭素原子を有するカルボン酸とを含む溶媒混合物と
を含む金属前駆体の少なくとも1つの溶液を前記方法で使用することを特徴とする、方法。 - 噴霧火炎熱分解が、
a)金属前駆体の少なくとも1つの溶液をアトマイザーガスによって霧化して、エアロゾルを得る工程と、
b)反応器の反応空間において、前記エアロゾルを、燃料ガスと酸素含有ガスとの混合物の着火によって得られる火炎と反応させて、反応流を得る工程と、
c)前記反応流を冷却する工程と、
d)固体金属酸化物を続いて前記反応流から取り出す工程と
を含むことを特徴とする、請求項1記載の方法。 - 前記混合酸化物が、一般式LiaZrbMcO0.5a+2b+d(I)の化合物であり、ここで、
1.5≦a≦15、
0.5≦b≦3.0、
0≦c≦5、
M=Na、Kの場合はd=0.5c、
M=Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Co、Ni、Cu、Mnの場合はd=c、
M=B、Al、Ga、In、Fe、Sc、Y、Laの場合はd=1.5c、
M=Ti、Zr、Hf、Ce、Si、Ge、Sn、Pbの場合はd=2c、
M=V、Nb、Taの場合はd=2.5c、
M=Mo、Wの場合はd=3cであることを特徴とする、請求項1または2記載の方法。 - 前記混合酸化物が0.1~100m2/gのBET表面積を有することを特徴とする、請求項1から3までのいずれか1項記載の方法。
- 前記リチウムおよびジルコニウムカルボキシレートが互いに独立して、リチウムおよび/またはジルコニウムの、直鎖、分岐または環状の、ペンタノエート(C5)、ヘキサノエート(C6)、ヘプタノエート(C7)、オクタノエート(C8)、ノナノエート(C9)、デカノエート(C10)、ウンデカノエート(C11)、ドデカノエート(C12)、トリデカノエート(C13)、テトラデカノエート(C14)、ペンタデカノエート(C15)、ヘキサデカノエート(C16)、ヘプタデカノエート(C17)、オクタデカノエート(C18)、ノナデカノエート(C19)、イコサノエート(C20)、およびそれらの混合物からなる群から選択されるカルボキシレートであることを特徴とする、請求項1から4までのいずれか1項記載の方法。
- 前記アルコールがメタノール、エタノール、n-プロパノール、イソプロパノール、n-ブタノール、sec-ブタノール、tert-ブタノール、n-ペンタノール、n-ヘキサノール、シクロヘキサノール、n-オクタノール、2-エチルヘキサノール、n-デカノール、ネオデカノールおよびそれらの混合物からなる群から選択されることを特徴とする、請求項1から5までのいずれか1項記載の方法。
- 前記金属前駆体の溶液が、ジアミンおよび1,3-ジカルボニル化合物からなる群から選択されるキレート剤を含むことを特徴とする、請求項1から6までのいずれか1項記載の方法。
- 前記混合酸化物が、静的光散乱(SLS)によって決定されるd50=0.05~2μmの数平均粒径を有することを特徴とする、請求項1から7までのいずれか1項記載の方法。
- 前記混合酸化物が20~1000g/Lのタップ密度を有することを特徴とする、請求項1から8までのいずれか1項記載の方法。
- 火炎噴霧熱分解によって製造したリチウム、ジルコニウム、ならびに任意にLiおよびZr以外の少なくとも1つの金属を含む前記混合酸化物の熱処理をさらに含む、請求項1から9までのいずれか1項記載の方法。
- 前記熱処理を600℃~1300℃の温度で行うことを特徴とする、請求項10記載の方法。
- 火炎噴霧熱分解によって製造したリチウム、ジルコニウム、ならびに任意にLiおよびZr以外の少なくとも1つの金属を含む前記混合酸化物のミル粉砕をさらに含む、請求項1から11までのいずれか1項記載の方法。
- 前記ミル粉砕がボールミル粉砕である、請求項12記載の方法。
- 凝集一次粒子の形態であり、
15~50m2/gのBET表面積を有し、
静的光散乱(SLS)によって決定されるd50=0.1~2μmの数平均粒径を有し、
30~150g/Lのタップ密度を有することを特徴とする、リチウム、ジルコニウム、ならびに任意にLiおよびZr以外の少なくとも1つの金属を含む混合酸化物。 - 凝集一次粒子の形態であり、
10m2/g未満のBET表面積を有し、
静的光散乱(SLS)によって決定されるd50=1~50μmの数平均粒径を有し、
400~1000g/Lのタップ密度を有することを特徴とする、リチウム、ジルコニウム、ならびに任意にLiおよびZr以外の少なくとも1つの金属を含む混合酸化物。 - リチウムイオン電池の、固体電解質の成分、液体もしくはゲル電解質への添加剤、または電極の構成要素としての請求項14または15記載の混合酸化物の使用。
- 請求項14または15記載の混合酸化物を含むリチウムイオン電池。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP19197268 | 2019-09-13 | ||
EP19197268.6 | 2019-09-13 | ||
PCT/EP2020/075275 WO2021048249A1 (en) | 2019-09-13 | 2020-09-10 | Preparation of nanostructured mixed lithium zirconium oxides by means of spray pyrolysis |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022547694A true JP2022547694A (ja) | 2022-11-15 |
Family
ID=67956557
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2022516039A Pending JP2022547694A (ja) | 2019-09-13 | 2020-09-10 | 噴霧熱分解によるナノ構造混合リチウムジルコニウム酸化物の製造 |
Country Status (10)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20220336841A1 (ja) |
EP (1) | EP4028360A1 (ja) |
JP (1) | JP2022547694A (ja) |
KR (1) | KR20220065792A (ja) |
CN (1) | CN114401928A (ja) |
BR (1) | BR112022004209A2 (ja) |
IL (1) | IL291233A (ja) |
MX (1) | MX2022002906A (ja) |
TW (1) | TWI755056B (ja) |
WO (1) | WO2021048249A1 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11999630B2 (en) | 2019-06-14 | 2024-06-04 | Uchicago Argonne, Llc | Method of tuning the conversion temperature of cubic phase of aluminum-doped lithium lanthanum zirconium oxide |
US11821091B2 (en) * | 2020-07-24 | 2023-11-21 | Uchicago Argonne, Llc | Solvent-free processing of lithium lanthanum zirconium oxide coated-cathodes |
WO2023172829A2 (en) * | 2022-03-07 | 2023-09-14 | Massachusetts Institute Of Technology | Synthesis of al-doped llzo thin-tape electrolytes for solid-state batteries using flame-assisted spray pyrolysis |
CN116514546A (zh) * | 2023-07-04 | 2023-08-01 | 乌镇实验室 | 一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷粉体及无铅压电陶瓷的制备方法 |
Family Cites Families (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1378489A1 (en) * | 2002-07-03 | 2004-01-07 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich | Metal oxides prepared by flame spray pyrolysis |
CN100431946C (zh) * | 2003-05-20 | 2008-11-12 | 苏黎世联合高等工业学校 | 生产金属氧化物的方法及所述方法生产的金属氧化物和用途 |
US7993782B2 (en) | 2005-07-01 | 2011-08-09 | National Institute For Materials Science | All-solid lithium battery |
DE102006027335A1 (de) * | 2006-06-13 | 2008-01-10 | Evonik Degussa Gmbh | Verfahren zur Herstellung von Metallmischoxidpulvern |
JP5132639B2 (ja) | 2008-08-21 | 2013-01-30 | 日本碍子株式会社 | セラミックス材料及びその製造方法 |
EP2399867B1 (de) * | 2010-06-25 | 2013-08-21 | Evonik Degussa GmbH | Verfahren zur Herstellung Lithium enthaltender Mischoxide |
JP5903956B2 (ja) * | 2012-03-15 | 2016-04-13 | 戸田工業株式会社 | 非水電解質二次電池用リチウム複合酸化物粒子粉末及びその製造方法、並びに非水電解質二次電池 |
WO2015173114A1 (de) | 2014-05-16 | 2015-11-19 | Evonik Degussa Gmbh | Verfahren zur herstellung von lithium, lanthan und zirkon enthaltender mischoxidpulver |
CN107069086B (zh) * | 2015-09-16 | 2020-04-07 | 株式会社东芝 | 二次电池、复合电解质、电池包以及车辆 |
TWI575802B (zh) | 2015-12-22 | 2017-03-21 | 財團法人工業技術研究院 | 鋰正極材料與鋰電池 |
CN106025348B (zh) * | 2016-05-25 | 2019-03-15 | 上海交通大学 | 一种硼掺杂的石榴石型llzo锂离子导体及其制备方法 |
UA124030C2 (uk) * | 2017-01-09 | 2021-07-07 | Евонік Оперейшнс Гмбх | Спосіб одержання оксидів металів за допомогою розпилювального піролізу |
CN107162049A (zh) * | 2017-06-05 | 2017-09-15 | 清华大学 | 锂镧锆氧基氧化物纳米材料及其制备方法 |
-
2020
- 2020-09-09 TW TW109130915A patent/TWI755056B/zh active
- 2020-09-10 WO PCT/EP2020/075275 patent/WO2021048249A1/en unknown
- 2020-09-10 EP EP20767566.1A patent/EP4028360A1/en active Pending
- 2020-09-10 KR KR1020227011697A patent/KR20220065792A/ko unknown
- 2020-09-10 US US17/641,925 patent/US20220336841A1/en active Pending
- 2020-09-10 BR BR112022004209A patent/BR112022004209A2/pt unknown
- 2020-09-10 CN CN202080063815.8A patent/CN114401928A/zh active Pending
- 2020-09-10 JP JP2022516039A patent/JP2022547694A/ja active Pending
- 2020-09-10 MX MX2022002906A patent/MX2022002906A/es unknown
-
2022
- 2022-03-09 IL IL291233A patent/IL291233A/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20220336841A1 (en) | 2022-10-20 |
TWI755056B (zh) | 2022-02-11 |
KR20220065792A (ko) | 2022-05-20 |
TW202118123A (zh) | 2021-05-01 |
CN114401928A (zh) | 2022-04-26 |
MX2022002906A (es) | 2022-04-06 |
EP4028360A1 (en) | 2022-07-20 |
WO2021048249A1 (en) | 2021-03-18 |
IL291233A (en) | 2022-05-01 |
BR112022004209A2 (pt) | 2022-05-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI755056B (zh) | 藉由噴霧熱解製備奈米結構的混合鋰鋯氧化物 | |
US20230357012A1 (en) | Synthesis of nanostructured lithium zirconium phosphate | |
KR20220054823A (ko) | 발열성으로 제조된 지르코늄-함유 산화물로 코팅된 혼합 리튬 전이 금속 산화물 | |
EP4060780B1 (en) | Dispersion and coating composition containing lithium metal phosphate | |
US20220149368A1 (en) | Transition metal oxide particles encapsulated in nanostructured lithium titanate or lithium aluminate, and the use thereof in lithium ion batteries | |
TWI770603B (zh) | 藉由噴霧熱解製備奈米結構的混合鋰鋯氧化物 | |
CN114341060B (en) | Mixed lithium transition metal oxides containing pyrogenically prepared zirconium-containing oxides | |
WO2024008556A1 (en) | Synthesis of nanostructured zirconium phosphate | |
RU2819175C2 (ru) | Смешанный оксид лития и переходного металла, содержащий полученные пирогенным способом оксиды, содержащие цирконий | |
TWI761920B (zh) | 含有熱解生產的含鋯氧化物之混合鋰過渡金屬氧化物 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230907 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20240325 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240416 |