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公開番号2025085571
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-05
出願番号2024003793
出願日2024-01-15
発明の名称テイラー・クエット流装置を使用したカソード材料前駆体の調製方法
出願人南亞塑膠工業股分有限公司,NAN YA PLASTICS CORPORATION
代理人個人
主分類H01M 4/525 20100101AFI20250529BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】本発明は、テイラー・クエット流装置を使用したカソード材料前駆体の調製方法を提供する。
【解決手段】
前記テイラー・クエット流装置を使用したカソード材料前駆体の調製方法は、多金属溶液である第1の反応液を第1のテイラー・クエット流装置に供給し、共沈反応を行って、コア粒子を含む第1の生成物流(product stream)を成形し連続的に出力することと、第1のテイラー・クエット流装置に直列に接続された第2のテイラー・クエット流装置に、第1の生成物流を供給することと、遷移金属水溶液である第2の反応液を第2のテイラー・クエット流装置に供給して、コア粒子と反応させて、コアシェル構造を有するカソード材料前駆体を形成することと、を含む。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
多金属溶液である第１の反応液を第１のテイラー・クエット流装置に供給し、共沈反応（ｃｏ－ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｒｅａｃｔｉｏｎ）を行って、複数個のコア粒子を含む第１の生成物流（ｐｒｏｄｕｃｔｓｔｒｅａｍ）を形成して連続的に出力する、第１のテイラー・クエット反応工程と、
前記第１のテイラー・クエット流装置に直列に接続された第２のテイラー・クエット流装置に、前記第１の生成物流を供給すると共に、被覆材料水溶液である第２の反応液を前記第２のテイラー・クエット流装置に供給することによって、前記第２の反応液が複数個の前記コア粒子のそれぞれの外面に機能性被覆層が形成されて、複数個のコアシェル構造を有するカソード材料前駆体を含む第２の生成物流を形成し、前記被覆材料水溶液は遷移金属水溶液である、第２のテイラー・クエット反応工程と、
前記第２の生成物流を精製することによって、前記第２の生成物流から複数個の前記コアシェル構造を有するカソード材料前駆体を精製・分離する、精製工程と、を含むことを特徴とする、テイラー・クエット流装置を使用したカソード材料前駆体の調製方法。
続きを表示（約 1,600 文字）【請求項２】
前記多金属溶液は、ニッケル（Ｎｉ）化合物、コバルト（Ｃｏ）化合物、マンガン（Ｍｎ）化合物、マグネシウム（Ｍｇ）化合物、アルミニウム（Ａｌ）化合物の中の少なく３種以上を含み、前記コア粒子は、三元合金水酸化物のコア粒子及び四元合金水酸化物のコア粒子からなる群から選択される少なくとも１種である、請求項１に記載のテイラー・クエット流装置を使用したカソード材料前駆体の調製方法。
【請求項３】
前記遷移金属水溶液は、ジルコニウムイオン溶液、タングステンイオン溶液、アルミニウムイオン溶液、亜鉛イオン溶液、チタンイオン溶液、モリブデンイオン溶液、錫イオン溶液からなる群から選択される少なくとも１種である、請求項１に記載のテイラー・クエット流装置を使用したカソード材料前駆体の調製方法。
【請求項４】
前記第２の反応液を前記第２のテイラー・クエット流装置に供給する第２の反応液流量は、前記第１の反応液を前記第１のテイラー・クエット流装置に供給する第１の反応液流量の３％～２０％である、請求項１に記載のテイラー・クエット流装置を使用したカソード材料前駆体の調製方法。
【請求項５】
前記第１の反応液を前記第１のテイラー・クエット流装置に供給する第１の反応液流量は、０．５ｍＬ／ｍｉｎ～３ｍＬ／ｍｉｎであり、前記第２の反応液を前記第２のテイラー・クエット流装置に供給する第２の反応液流量は、０．０５ｍＬ／ｍｉｎ～０．３０ｍＬ／ｍｉｎであり、前記第２の反応液流量は、前記第１の反応液流量の３％～２０％である、請求項１に記載のテイラー・クエット流装置を使用したカソード材料前駆体の調製方法。
【請求項６】
前記第１のテイラー・クエット流装置での第１の反応温度は、４５℃～７０℃であり、前記第１のテイラー・クエット流装置の第１のロータリーモーターの回転速度は、５００ｒｐｍ～９００ｒｐｍである、請求項１に記載のテイラー・クエット流装置を使用したカソード材料前駆体の調製方法。
【請求項７】
前記第２のテイラー・クエット流装置での第２の反応温度は、４５℃～７０℃であり、前記第２のテイラー・クエット流装置の第２のロータリーモーターの回転速度は、４００ｒｐｍ～８００ｒｐｍである、請求項６に記載のテイラー・クエット流装置を使用したカソード材料前駆体の調製方法。
【請求項８】
前記第１のテイラー・クエット反応工程は、前記第１の反応液と混合するように、第１のキレート剤及び第１の沈殿剤をそれぞれ前記第１のテイラー・クエット流装置に供給することによって、反応混合物を形成することを含み、前記反応混合物の前記第１のテイラー・クエット流装置での第１の滞留時間は、３００分間～６００分間である、請求項１に記載のテイラー・クエット流装置を使用したカソード材料前駆体の調製方法。
【請求項９】
前記第２のテイラー・クエット反応工程は、前記第２反応液と混合するように、第２のキレート剤及び第２の沈殿剤をそれぞれ前記第２のテイラー・クエット流装置に供給することによって、別の反応混合物を形成することを含み、前記別の反応混合物の前記第２のテイラー・クエット流装置での第２の滞留時間は、１５０分間～５００分間であり、前記第２の滞留時間は、前記第１の滞留時間の５０％～８５％である、請求項８に記載のテイラー・クエット流装置を使用したカソード材料前駆体の調製方法。
【請求項１０】
前記コアシェル構造を有するカソード材料前駆体において、前記コア粒子のコア粒子径は、４μｍ～１２μｍであり、前記機能性被覆層の厚みは、前記コア粒子の前記コア粒子径の１％～２０％である、請求項１～９のいずれか一項に記載のテイラー・クエット流装置を使用したカソード材料前駆体の調製方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、カソード材料前駆体の調製方法に関し、特に、テイラー・クエット流装置を使用したカソード材料前駆体の調製方法に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
ニッケルリッチの三元カソード材料又は四元カソード材料には、高いエネルギー密度と低いコストという利点がある。しかしながら、上記のカソード材料の機械的特性や導電率の限界により、充放電を繰り返すとカソード材料の構造が崩れやすく、溶解しやすく、サイクル安定性が不十分となる。
【０００３】
従来の技術では、耐用年数を向上させるために、三元カソード材料又は四元カソード材料の表面を機能性材料でコーティングすることによって、フッ化水素酸（フッ化水素、ＨＦ）の侵食を防ぎ、電極材料と電解液との副反応を低減させ、金属イオンの溶解を抑制するとともに、充放電を繰り返す際の材料構造の損傷を軽減し、材料のリサイクル性をさらに向上させる。
【０００４】
しかしながら、従来のカソード材料前駆体の調製方法は様々な欠点を有する。例えば、含浸法は連続生産ができないこと、乾式塗工法では材料の分布ムラが生じやすいこと、スパッタリングや原子層堆積法の装置は高価であり、且つ連続生産ができないことが挙げられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする技術の課題は、従来技術の不足に対し、テイラー・クエット流装置を使用したカソード材料前駆体の調製方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の技術的課題を解決するために、本発明が採用する一つの技術的手段は、テイラー・クエット流装置を使用したカソード材料前駆体の調製方法を提供する。前記テイラー・クエット流装置を使用したカソード材料前駆体の調製方法は、多金属溶液である第１の反応液を第１のテイラー・クエット流装置に供給し、共沈反応（ｃｏ－ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｒｅａｃｔｉｏｎ）を行って、複数個のコア粒子を含む第１の生成物流（ｐｒｏｄｕｃｔｓｔｒｅａｍ）を形成して連続的に出力する、第１のテイラー・クエット反応工程と、前記第１のテイラー・クエット流装置に直列に接続（例えば、管路に介して）された第２のテイラー・クエット流装置に、前記第１の生成物流を供給すると共に、被覆材料水溶液である第２の反応液を前記第２のテイラー・クエット流装置に供給することによって、前記第２の反応液が複数個の前記コア粒子のそれぞれの外面に機能性被覆層が形成されて、複数個のコアシェル構造を有するカソード材料前駆体を含む第２の生成物流を形成し、前記被覆材料水溶液は、遷移金属水溶液である、第２のテイラー・クエット反応工程と、前記第２の生成物流を精製することによって、前記第２の生成物流から複数個の前記コアシェル構造を有するカソード材料前駆体を精製・分離する、精製工程と、を含む。
【０００７】
好ましくは、前記多金属溶液は、ニッケル（Ｎｉ）化合物、コバルト（Ｃｏ）化合物、マンガン（Ｍｎ）化合物、マグネシウム（Ｍｇ）化合物、アルミニウム（Ａｌ）化合物の中の少なく３種以上を含み、前記コア粒子は、三元合金水酸化物のコア粒子及び四元合金水酸化物のコア粒子からなる群から選択される少なくとも１種である。
【０００８】
好ましくは、前記遷移金属水溶液は、ジルコニウムイオン溶液、タングステンイオン溶液、アルミニウムイオン溶液、亜鉛イオン溶液、チタンイオン溶液、モリブデンイオン溶液、錫イオン溶液からなる群から選択される少なくとも１種である。
【０００９】
好ましくは、前記第２の反応液を前記第２のテイラー・クエット流装置に供給する第２の反応液流量は、前記第１の反応液を前記第１のテイラー・クエット流装置に供給する第１の反応液流量の３％～２０％である。
【００１０】
好ましくは、前記第１の反応液を前記第１のテイラー・クエット流装置に供給する第１の反応液流量は、０．５ｍＬ／ｍｉｎ～３ｍＬ／ｍｉｎであり、前記第２の反応液を前記第２のテイラー・クエット流装置に供給する第２の反応液流量は、０．０５ｍＬ／ｍｉｎ～０．３０ｍＬ／ｍｉｎであり、前記第２の反応液流量は、前記第１の反応液流量の３％～２０％である。
（【００１１】以降は省略されています）

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