[发明专利]使用热合成技术通过火焰喷涂/投掷的方式来合成纳米电极材料的方法以及用于该方法的火焰喷涂/投掷的合成设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于合成电极材料的方法及其合成设备。特别地，本发明涉及一种通过热喷涂合成技术来合成电极材料的方法及用于该方法的合成设备。更特别地，本发明涉及使用热合成工艺通过火焰喷涂/投掷的方式来合成电极材料的方法，及用于该方法的合成设备。

背景技术

在近些年，由于用于各种信息和远程通信应用(包括电子工业和移动通信)的移动IT产品的迅速发展，蓄电池已变得普及。根据在多种多样用途中的常规应用，如电动车辆、能量存储装置等，对具有较大容量和较高能量密度的电池的需求日益增加。根据这种要求，对于具有较高能量密度的电池中最高性能的蓄电池的需求已经增加。为了达到这种要求，对电极的基本材料中活性材料性能改善的需求也日益增加。

锂蓄电池的三个核心元件是阴极、阳极和电解液。大多数正极活性材料包括锂过渡金属化合物如LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiNiO₂、Li(Mn、Ni、Co)O₂、LiMnO₂、LiFePO₄等，以及经过插入/释放锂离子进入/离开晶体结构的电化学反应的这种材料。

锂蓄电池的应用领域被广泛扩展，因此大大提高了工业活动如便携式或移动电子设备、电动汽车、能量储存装置等的效率。然而，由于其还涉及热不稳定、价格高和生产时间长的缺点，对开发具有较低价格和优越的安全性的基础材料、缩短生产时间和改善经济优势的研究一直在积极的进展中。

对于电池的基础材料而言，在正极材料中引起价格、安全性和容量方面的改善从而表现出极大地效果的最常见的物质是LiCoO₂。然而，尽管这种物质具有良好的导电性和性能，其还具有相对较高的价格和安全性问题。因此，研究一种替代含钴正极材料的替代性物质的研究已取得了进展。在其可靠的替代物中，LiFePO₄具有170mAh/g的理论容量，并且依赖于条件，其可以达到理论电池容量的极限并且在价格和安全性方面显示出卓越的优势。为了合成具有较高结晶度的LiFePO₄，应在高温下进行热处理。尽管固相反应法、溶液-凝胶法、水热合成法、共沉淀法等已经是公知的方法，但是必须进行在高温下的热处理，还应进行洗涤、过滤和干燥的其他工序。因此，出现了包括合成工艺复杂、工艺成本增加和时间效率降低的问题。

作为降低如上文所述的这种常规工艺复杂性的专利，韩国专利号10-0999163(发明名称：一种使用超速燃烧工艺合成纳米电极材料的方法和使用其合成的纳米电极材料)已被公开。尽管上述专利实现了工艺简化，但是其在大量生产和控制粒径方面仍存在困难。

因此，本发明发明人努力尝试克服上文所述的相关技术中所面临的问题，并且作为结果，已经开发出了一种对上述问题作出改进的生产新型纳米电极粒子的方法。

发明内容

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种用于合成电极材料的方法，所述方法包括：将多元醇溶剂、过渡金属化合物、多元酸阴离子化合物、锂化合物和可燃的液体混合以制备反应液；并且火焰喷涂和喷射所述反应液。

所述火焰喷涂和喷射工艺指喷涂所述反应液并且同时点燃所喷涂的溶液以使用火焰喷射上述喷涂的溶液。常规工艺包括喷涂反应液并使已喷涂的反应液通过在分离的位置存在的火焰以进行热合成，或者其他采用包括直接点燃所述反应液而不喷涂的工艺已被公开。因此，这些工艺不同于本发明的火焰喷涂/投掷的工艺。

所述火焰喷涂/喷射工艺可以喷涂含有可燃的液体的反应液并同时将其点燃，以便进行持续的来自注射孔的反应液的火焰喷涂和喷射。

本发明利用通过火焰喷涂和喷射的热合成，将通过多元醇溶剂、过渡金属化合物、多元酸阴离子化合物、锂化合物和可燃的液体混合制备的反应液燃烧，以提供使用碳涂覆的微粒状产物。

与相关领域中通常公知的其他工艺相比，本发明通过火焰喷涂和喷射的热合成可以提供均匀的粒子，实现用于大量生产的简单和快速的工艺和获得生产成本降低的优势。

本发明中使用的多元醇溶剂可以在合成中作为溶剂和稳定剂并且还能够阻止粒子生长。由于所述多元醇溶剂在沸点下提供还原性的氛围，其对于维持过渡金属预先确定的氧化数可能具有重要的作用。对在本申请中使用的多元醇溶剂没有特别地限制，只要在其分子中具有至少两个OH基即可，但是其可以包括选自下组中的至少一种：乙二醇(EG)、二甘醇(DEG)、三甘醇(TEG)、四甘醇(TTEG)、丙二醇(PG)和丁二醇(BG)。