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公開番号2024054072
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-16
出願番号2023133718
出願日2023-08-19
発明の名称リチウム金属ホスファート電極の製造
出願人リヴィアンアイピーホールディングス,エルエルシー
代理人個人,個人,個人,個人
主分類C01B 25/45 20060101AFI20240409BHJP(無機化学)
要約【課題】リチウム金属ホスファートの生成方法と製造システムを提供する。
【解決手段】システム及び方法は、スポジュメンからのリチウム抽出2、リチウムイオン電池ブラックマスからのリチウムリサイクル4、及び/又は金属ホスファートからのリチウム金属ホスファート合成3を組み合わせることを含み得る。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
方法であって、
金属ホスファート及びリチウムサルフェートを含む溶液を形成することと、
ホスファート含有物質を使用して前記溶液からリチウムホスファートを沈殿させることと、
前記金属ホスファートを前記リチウムホスファートと混合して、リチウム金属ホスファート前駆体を形成することと、
前記リチウム金属ホスファート前駆体を処理して、リチウム金属ホスファートを形成することと、を含む、方法。
続きを表示（約 950 文字）【請求項２】
前記リチウム金属ホスファート前駆体を処理することが、前記リチウム金属ホスファート前駆体を粉砕すること、前記リチウム金属ホスファート前駆体を焼成すること、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記リチウム金属ホスファートが、リチウム鉄ホスファート（ＬＦＰ）、リチウム鉄マンガンホスファート（ＬＭＦＰ）、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記金属ホスファートが、第二鉄ホスファート、第一鉄ホスファート、第一マンガンホスファート、マンガンホスファート、マンガン鉄ホスファート、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記金属ホスファートを鉄源と混合することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記鉄源が、鉄オキサレート、鉄シトレート、鉄オキシド、又はこれらの組み合わせを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記リチウム金属ホスファート前駆体が、５５０～７５０℃で２～１２時間焼成される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ホスファート含有物質が、ナトリウムホスファート、リン酸、ナトリウムヒドロキシド、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
スポジュメンを焙焼することと、前記焙焼されたスポジュメンを硫酸で浸出させて、リチウムサルフェートを含む第２の溶液を取得することと、前記ホスファート含有物質を使用してリチウムホスファートを沈殿させる前に、前記第１の溶液とリチウムサルフェートを含む前記第２の溶液とを組み合わせることと、を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記金属ホスファート及びリチウムサルフェートを含む前記溶液を形成することが、リチウムイオン電池ブラックマスからリチウムを抽出することを含み、リチウムイオン電池ブラックマスからリチウムを抽出することが、リチウムイオン電池ブラックマスを酸化ガスと反応させることを含む、請求項１に記載の方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、電池及び電池を調製する方法、より具体的には、リチウム金属ホスファート製造システム、及びかかるリチウム金属ホスファートを使用して、電池を調製する方法に関する。
続きを表示（約 4,900 文字）【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
リチウム金属ホスファート、特に、鉄含有リチウム金属ホスファート電極は、典型的には、鉄ホスファートをリチウムカーボネートと混合し、続いて固体反応を行うことによって生成される。鉄ホスファート相及びリチウムカーボネートは、通常、別個のプロセスから生成され、これらのプロセスの各々は、処理されるべきそれら自体の廃棄物流を有し、それによって、追加コストを追加する。加えて、リチウムカーボネートはまた、リチウム金属ホスファート生成のための原料として使用するために高価である。
【０００３】
本明細書では、リチウム金属ホスファート、例えば、リチウム鉄ホスファート（lithium iron phosphate、「ＬＦＰ」）及び／又はリチウムマンガン鉄ホスファート（lithium manganese iron phosphate、「ＬＭＦＰ」）を生成するシステム及びプロセスが開示される。より具体的には、本明細書において開示されるシステム及びプロセスは、相乗効果を達成し、かつ／又はコストを低減するために、リチウム抽出、リチウム金属ホスファート合成、及びリチウムイオン電池（lithium ion battery、「ＬＩＢ」）リサイクルを含むことができる。
【０００４】
いくつかの実施形態では、方法は、金属ホスファート及びリチウムサルフェートを含む溶液を形成することと、ホスファート含有物質を使用して溶液からリチウムホスファートを沈殿させることと、金属ホスファートをリチウムホスファートと混合して、リチウム金属ホスファート前駆体を形成することと、リチウム金属ホスファート前駆体を処理して、リチウム金属ホスファートを形成することと、を含む。いくつかの実施形態では、処理することは、リチウム金属ホスファート前駆体を粉砕すること、リチウム金属ホスファート前駆体を焼成すること、又はこれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、リチウム金属ホスファートは、リチウム鉄ホスファート（ＬＦＰ）、リチウム鉄マンガンホスファート（ＬＭＦＰ）、又はこれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、金属ホスファートは、第二鉄ホスファート、第一鉄ホスファート、第一マンガンホスファート、マンガンホスファート、マンガン鉄ホスファート、又はこれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、方法は、金属ホスファートを鉄源と混合することを含む。いくつかの実施形態では、鉄源は、鉄オキサレート、鉄シトレート、鉄オキシド、又はこれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、リチウム金属ホスファート前駆体は、５５０～７５０℃で２～１２時間焼成される。いくつかの実施形態では、ホスファート含有物質は、ナトリウムホスファート、リン酸、ナトリウムヒドロキシド、又はこれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、方法は、スポジュメンを焙焼することと、焙焼されたスポジュメンを硫酸で浸出させて、リチウムサルフェートを含む第２の溶液を取得することと、ホスファート含有物質を使用してリチウムホスファートを沈殿させる前に、第１の溶液とリチウムサルフェートを含む第２の溶液とを組み合わせることと、を含む。いくつかの実施形態では、金属ホスファート及びリチウムサルフェートを含む溶液を形成することは、リチウムイオン電池ブラックマスからリチウムを抽出することを含み、リチウムイオン電池ブラックマスからリチウムを抽出することは、リチウムイオン電池ブラックマスを酸化ガスと反応させることを含む。いくつかの実施形態では、酸化ガスは、ＮＯｘ、Ｃｌ
２
、又はＳＯ
ｘ
を含む。いくつかの実施形態では、リチウムイオン電池ブラックマスのＳＯ
ｘ
との反応は、第二鉄ホスファート、リチウムサルフェート、又はこれらの組み合わせを形成する。いくつかの実施形態では、金属ホスファート及びリチウムサルフェートを含む溶液を形成することは、リチウムイオン電池ブラックマスからリチウムを抽出することを含み、リチウムイオン電池ブラックマスからリチウムを抽出することは、硫酸及び過酸化水素又は酸素ガスを用いてリチウムイオン電池ブラックマスを浸出させて、少なくとも金属ホスファートを形成することを含む。いくつかの実施形態では、方法は、金属ホスファートを硫酸で溶解することと、溶解した金属ホスファート溶液中の鉄対ホスファートの比、マンガン対ホスファートの比、鉄の酸化状態、マンガンの酸化状態、又はこれらの組み合わせを調整することと、を含む。いくつかの実施形態では、鉄対ホスファートの比、マンガン対ホスファートの比、鉄の酸化状態、マンガンの酸化状態、又はこれらの組み合わせは、鉄、マンガン、マンガンサルフェート、鉄サルフェート、又はこれらの組み合わせを使用して調整される。いくつかの実施形態では、方法は、溶解した金属ホスファートから、第二鉄ホスファート、第一鉄ホスファート、第一マンガンホスファート、マンガンホスファート、マンガン鉄ホスファート、又はこれらの組み合わせを沈殿させることを含む。いくつかの実施形態では、方法は、粉砕された混合物を噴霧乾燥することを含む。
【０００５】
いくつかの実施形態では、方法は、ホスファート含有物質を使用して、リチウムホスファートを、リチウムサルフェートを含む第１の溶液から沈殿させることと、第二鉄ホスファート、第一鉄ホスファート、第一マンガンホスファート、マンガンホスファート、マンガン鉄ホスファート、又はこれらの組み合わせを、リチウムホスファートと混合して、リチウム金属ホスファート前駆体を形成することと、リチウム金属ホスファート前駆体を粉砕することと、リチウム金属ホスファート前駆体を焼成して、リチウム鉄ホスファート（ＬＦＰ）、リチウム鉄マンガンホスファート（ＬＭＦＰ）、又はこれらの組み合わせを形成することと、を含む。いくつかの実施形態では、方法は、リチウムイオン電池ブラックマスを、ＮＯｘ、Ｃｌ
２
、又はＳＯ
ｘ
を含む酸化ガスと反応させて、第二鉄ホスファート、第一鉄ホスファート、第一マンガンホスファート、マンガンホスファート、マンガン鉄ホスファート、又はこれらの組み合わせ、及びリチウムサルフェートを形成することによって、リチウムイオン電池ブラックマスをリサイクルすることと、リチウムサルフェートを溶媒と混合して、リチウムサルフェートを含む第１の溶液を形成することと、を含む。
【０００６】
いくつかの実施形態では、方法は、第二鉄ホスファート、第一鉄ホスファート、第一マンガンホスファート、マンガンホスファート、マンガン鉄ホスファート、又はこれらの組み合わせをリチウムホスファートと化学量論比で混合して、リチウム金属ホスファート前駆体を形成することと、リチウム金属ホスファート前駆体を粉砕することと、リチウム金属ホスファート前駆体を焼成して、リチウム鉄ホスファート（ＬＦＰ）、リチウム鉄マンガンホスファート（ＬＭＦＰ）、又はこれらの組み合わせを形成することと、を含む。
【０００７】
上記で開示された実施形態は、例であり、本開示の範囲は、これらに限定されない。特定の実施形態は、上記で開示された実施形態の構成要素、要素、特徴、機能、作動、若しくは工程の全て、いくつかを含んでもよく、又はいずれも含まなくてもよい。本発明による実施形態は、特に、方法、システム、及び電極物質を対象とする添付の特許請求の範囲において開示され、１つの請求項カテゴリ、例えば、方法において言及される任意の特徴は、別の請求項カテゴリ、例えば、システムにおいても同様に特許請求され得る。添付の特許請求の範囲における従属関係又は後方参照は、形式的な理由でのみ選択される。しかしながら、請求項及びそれらの特徴の任意の組み合わせが、開示され、かつ添付の特許請求の範囲において選択された従属関係にかかわらず特許請求され得るように、任意の先行請求項に対する意図的な後方参照（特に、多項従属関係）から生じる任意の主題も、同様に特許請求され得る。特許請求され得る主題は、添付の特許請求の範囲に記載される特徴の組み合わせだけでなく、特許請求の範囲における特徴の任意の他の組み合わせも含み、特許請求の範囲において言及される各特徴は、特許請求の範囲における任意の他の特徴、又は他の特徴の組み合わせと組み合わせることができる。更に、本明細書で説明又は描写される実施形態及び特徴のいずれも、別個の請求項において、及び／又は本明細書で説明又は描写される任意の実施形態若しくは特徴との、若しくは添付の特許請求の範囲の特徴のいずれかとの任意の組み合わせにおいて、特許請求され得る。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
図１は、本明細書において開示されるいくつかの実施形態による、リチウム金属ホスファート生成プロセスに関する例示的なフローチャートを例解する。
図２は、本明細書において開示されるいくつかの実施形態による、リチウム金属ホスファート生成プロセスに関する第２の例示的なフローチャートを例解する。
図３は、本明細書において開示されるいくつかの実施形態による、典型的な電池セル製造プロセスに関するフローチャートを例解する。
図４は、本明細書において開示されるいくつかの実施形態による、円筒形電池セルの断面図の例示的な例を描写する。
図５は、本明細書において開示されるいくつかの実施形態による、角柱形電池セルの断面図の例示的な例を描写する。
図６は、本明細書において開示されるいくつかの実施形態による、パウチ電池セルの断面図の例示的な例を描写する。
図７は、本明細書において開示されるいくつかの実施形態による、電池モジュール及びパックを形成するためにフレームに挿入されている円筒形電池セルを例解する。
図８は、本明細書において開示されるいくつかの実施形態による、電池モジュール及びパックを形成するためにフレームに挿入されている角柱形電池セルを例解する。
図９は、本明細書において開示されるいくつかの実施形態による、電池モジュール及びパックを形成するためにフレームに挿入されているパウチ電池セルを例解する。
図１０は、本明細書において開示されるいくつかの実施形態による、少なくとも１つの電池パックを含む、電気車両の断面図の一例を例解する。
【０００９】
図面において、同様の参照番号は、本明細書において特に明記しない限り、同様の構成要素を指す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
リチウム金属ホスファートの例としては、リチウム鉄ホスファート（「ＬＦＰ」）、リチウム鉄マンガンホスファート（「ＬＦＭＰ」）、又はこれらの組み合わせが挙げられる。リチウム鉄ホスファートは、還元剤の存在下、高温において、ＦｅＰＯ
４
とＬｉ
２
ＣＯ
３
との固体反応などの多くの異なるプロセスによって製造することができる。ＬＦＰはまた、圧力下の温和な温度におけるＦｅＳＯ
４
、Ｈ
３
ＰＯ
４
、及びＬｉＯＨの水熱反応によって合成することもできる。ＬＦＰを生成する第３の方法は、ゾル－ゲルプロセスであり、ＬＦＰは、Ｆｅ、ＰＯ
４
、及びＬｉ源（例えば、Ｆｅナイトレート、Ｈ
３
ＰＯ
４
、及びＬｉＯＨ）を液体形態で混合し、続いて高温で焼成することから形成される。
（【００１１】以降は省略されています）

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