способ синтеза активного катодного материала
Классы МПК: | H01M4/40 сплавы на основе щелочных металлов H01M4/52 никеля, кобальта или железа H01M4/08 способы изготовления |
Автор(ы): | Патрушева Т.Н., Сухова Г.И., Чудинов Е.А., Флейтлих И.Ю., Холькин А.И., Герасимов В.А. |
Патентообладатель(и): | Институт химии и химической технологии СО РАН, Сибирский государственный технологический университет |
Приоритеты: |
подача заявки:
2001-02-16 публикация патента:
27.02.2003 |
Изобретение относится к области синтеза литий-кобальтовых оксидов, используемых в качестве катодных материалов литий-ионных аккумуляторов. Способ синтеза активного катодного материала для литий-ионных аккумуляторов включает экстракцию лития и кобальта из водных растворов концентратом
-разветвленных монокарбоновых кислот. Новым в способе является то, что экстракты, содержащие литий и кобальт, смешивают в мольном соотношении металлов 1:1, отгоняют избыток монокарбоновых кислот при 265-275oС, а кубовый остаток карбоксилатов лития и кобальта подвергают пиролизу при температуре 500-550oС в течение 1,5-4 ч, после чего огарок охлаждают со скоростью 5,8 град. /мин. Обеспечивается получение литий-кобальтовый шпинели, имеющей высокие электрохимические характеристики, снижение температуры синтеза и удешевление процесса. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.
Рисунок 1
![способ синтеза активного катодного материала, патент № 2199798](/images/patents/271/2199039/945.gif)
Формула изобретения
1. Способ синтеза литий-кобальтовой шпинели для литий-ионных аккумуляторов, включающий экстракцию лития и кобальта из водных растворов концентратом![способ синтеза активного катодного материала, патент № 2199798](/images/patents/271/2199039/945.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области синтеза литий-кобальтового оксида (LiCoO2), используемого в качестве катодного материала литий-ионного аккумулятора. Известен способ синтеза литий-кобальтовой шпинели высокотемпературной топохимической обработкой карбоната или гидроксида лития и оксида кобальта. Исходные материалы смешивают в соотношении литий: кобальт = 1:1, подвергают обжигу в печи при температуре 600-900oС в течение 20 ч. После охлаждения продукт измельчают в мельнице в среде этанола [Исследование электродов на основе кобальтитов лития для литиевых аккумуляторов. / Л.С. Каневский, Т.С. Кулова, Е.А Нижниковский и др.// Литиевые источники тока. Материалы VI Междун. конф. - Новочеркасск: Набла. - 2000. - С. 94-95]. Недостатками способа являются: сложность процесса смешивания исходных продуктов и их измельчение в планетарной мельнице, высокие температуры обжига (практически до 900oС), длительность обжига (20 часов), повторное измельчение огарка в среде этанола, сушка шпинели. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ синтеза литий-кобальтовой шпинели, включающий получение растворов солей металлов карбоновых кислот (чаще всего ацетатов) в многоатомных спиртах [Электрохимические. Электрофизические и структурные свойства литированных оксидов Со(II) и Ni(II), полученных термодеструкцией ацетатов. / Е. В. Карасева. B.C. Koлосницын, Н.А. Аминева и др.// Литиевые источники тока. Материалы VI Междун. конф. - Новочеркасск: Набла. - 2000. - С. 74-75] . Вследствие поликонденсации спиртов с многоосновными кислотами происходит образование гелей металлов, которые подвергаются термодеструкции при 700-750oС с образованием фазы структуры шпинели. Недостатками данного способа являются: использование дорогих солей металлов (ацетатов), синтез которых сложен, а исходные продукты недостаточной степени чистоты, высокие температуры термодеструкции (750oС). Техническим результатом изобретения является: усовершенствование способа синтеза литий-кобальтового оксида за счет использования концентрата![способ синтеза активного катодного материала, патент № 2199798](/images/patents/271/2199039/945.gif)
![способ синтеза активного катодного материала, патент № 2199798](/images/patents/271/2199039/945.gif)
Экстракт лития получали посредством контакта фаз концентрата монокарбоновых кислот с водным раствором нитрата лития с концетрацией лития СLi=2,5 моль/дм3 в соотношении органической и водной фазы 1:1. Экстракцию проводили при комнатной температуре. Концентрация лития в полученном экстракте составляла СLi=2,3 моль/дм3. Кобальт экстрагировали из нитратного раствора (ССо=2,1 моль/дм3) монокарбоновыми кислотами при соотношении органической и водной фаз 1:1. Концентрация кобальта в полученном экстракте составляла CСo=1,8 моль/дм3. Для получения раствора с мольным соотношением кобальта и лития 1:1 смешивали 100 см3 экстракта кобальта и 78,3 см3 экстракта лития, чем достигалась необходимая смесь карбоксилатов лития и кобальта. Избыток экстрагентов отгоняли при температуре 265-275oС. Полученный кубовый остаток массой 71-72 г подвергали пиролизу при температуре 400-600oС. Карбоксилаты кобальта и лития разлагались с выделением газообразных продуктов (в основном СО2 (86%)) и образованием литий-кобальтовой шпинели. В таблице показано влияние температуры и времени на выход фазы шпинели. Термографическими исследованиями показано, что при пиролизе идет разложение карбоксилатов лития и кобальта в области температур 270-290oС. С повышением температуры и увеличением времени пиролиза происходит кристаллизация продукта в фазу шпинели. Оптимальные условия образования фазы литий-кобальтовой шпинели в процессе пиролиза получены с применением симплекс-решетчатого метода планирования эксперимента. Синтез осуществляется при температуре 500-550oС в течение 1-4 ч. Скорость охлаждения огарка составляет 5,8 град./мин. По данным рентгенофазового анализа полученные в оптимальном режиме образцы представлены фазой литий-кобальтовой шпинели, других фаз не обнаружено. Размер частиц шпинели составляет от 200 до 400 нм. Удельная поверхность составила 14 м2/г. Таким образом, предлагаемый способ синтеза позволяет с использованием экстракции недефицитными экстрагентами - концентратами
![способ синтеза активного катодного материала, патент № 2199798](/images/patents/271/2199039/945.gif)
Класс H01M4/40 сплавы на основе щелочных металлов
Класс H01M4/52 никеля, кобальта или железа
Класс H01M4/08 способы изготовления