Brevet FR2837811A1 — publié le 20031003

3s une installation de pile à combustible selon la revendication 10. 283781 1 La présente invention concerne un procédé de combustion destiné à la préparation de LiCoVO4, utile comme matière de cathode dans des batteries secondaires (rechargeables) à ions lithium de type "fauteuil à bascule" ou "volant" (c'est-à-dire o les ions lithium se déplacent entre l'anode et la cathode dans un mouvement de va et vient. Les études sur le composé LiCoVO4 qui possède une structure de spinelle inversée ont débuté en 1994. Il a été montré que ce composé, préparé par chauffage de LiCoO2 et V2O3 à 800 C pendant 24 h, peut intercaler et désintercaler électrochimiquement les ions lithium dans des batteries électrochimiques non aqueuses à environ 4,2 V par rapport au lithium métallique [George Ting-Kuofey, WU Li &].R. Dahn, ]. Electrochem. Soc., 14i, 2279 (1994)]. On a également préparé ce composé en chauffant Li2CO3, CoCO3 et V205 à 600 C pendant plusieurs jours [C. Gonzalez, M. Gaitan, M.L. Lopez, M.L. Veija, R. Saez-puche, C. Pico]. Mat. Sci. 29, 3458(1994]. Récemment, a été rapporté un procédé en deux étapes dans lequel du LiCoO2 frachement préparé (par chauffage d'un mélange de LiOH et CoCO3) a été chauffé avec NH4VO3 [Jooji and Teeinkew Fuei, P 07 320 741 (95 320 741) (Cl. H0iM4/58)]. Tous les procédés susmentionnés présentent l'inconvénient de la pureté de phase ou de longue durée de chauffage à température élevée. Le principal objet de la présente invention est de proposer un procédé de combustion destiné à la préparation de LiCoVO4 utile comme matière de cathode dans des batteries secondaires à ions lithium de type "fauteuil à bascule" ou "volant" qui évite les défauts et inconvénients des autres procédés connus dans ia littérature. Par conséquent, la présente invention propose un procédé de combustion destiné à la préparation de LiCoVO4 utile comme matière de cathode dans des batteries secondaires à ions lithium de type "fauteuil à bascule" ou "volant" comprenant le chauffage d'un mélange composite de LiNO3,3H2O, Co(NO3)2,6H2O et NH4VO3 avec de l'urée dans un milieu aqueux à une température d'environ 500 C pendant environ 3 heures pour obtenir LiCoVO4. De préférence, LiCoVO4 est obtenu en phase unique, sans impureté. De préférence également, on dissout LiNO3.3H2O en une quantité de 0,025 mol dans l'ammoniaque dans un creuset en quartz et on 283781 1 ajoute lentement NH4VO3 en une quantité de 0,025 mol sous forme de solide en agitant simulténement et en chauffant à une température d'environ 70 C pour totalement dissoudre NH4VO3, puis on ajoute Co(NO3)2,6H2O en une quantité de 0,025 mol et une quantité stoechiométrique d'urée, en une quantité de 0,05 mol. On a dissous LiNO3,3H20 (0,025 mol) dans l'ammoniaque dans un creuset en quartz. On a lentement ajouté NH4VO3 (0, 025 mol) sous forme de solide en agitant simultanément et en chauffant à une température d'environ 70 C pour totalement dissoudre NH4VO3. On a ajouté Co(NO3)2,6H2O (0,025 mol) et une quantité stoechiométrique d'urée (0,05 mol) à la solution ci-dessus qui a donné une suspension colloIdale brun jaunâtre. On a ajouté de l'urée comme combustible interne pour la combustion [S. S. Manohar and K. C. Patil,]. Amer. Ceram. Soc. , 1012, (1992)]. On a lentement chauffé cette solution dans un four à moufle pendant 3 h à 500 C. On a laissé refroidir spontanément le contenu à la température ambiante pour obtenir un solide de couleur brune, dont le diagramme de diffraction des rayons X de l'échantillon puivérisé a confirmé qu'il s'agissait de LiCoVO4, lequel présentait une absence complète d'impuretés possibles - d'oxydes métalliques. Les paramètres cristallographiques calculés d'après le diagramme de poudre, en supposant un système cubique [a = 8,26 , lit: a = 8,27 A, CPDS N 160668] ont confirmé l'homogénéité (phase unique) de l'échantillon. Une expérience mise en oeuvre à l'aide d'un granulomètre Malvern 3600 Ec a révélé que les granulométries de ce composé étaient de l'ordre de 3,0 mm à 28,1 mm. Pour tester l'activité du produit ainsi obtenu dans une batterie en utilisant ce matériau comme cathode et du métal lithium comme anode, on a fabriqué une batterie de type bouton avec du LiCl04 IM dissous da ns d u carbonate de propylène (PC) com me électrolyte. Cet élément présentait une tension de 3,00 V. Les exemples suivants sont donnés à titre d'illustration de la présente invention et ne doivent pas être interprétés comme en limitant la portée. 283781 1 Exemple I Matériaux utilisés Composition (en moles) 1. LiNO3,3H20: 0,025 2. Co(NO3) 2,6H20 0,025 3. NH4VO3: 0,025 4. Urée: 005 5. Ammoniaque (2 M): 15 ml Chauffage à 500 C pendant 3 heures Résultats pour le produit Rendement: 90 % Caractérisation des phases: phase unique Granulométrie à 800 C: 3,0 mm à 28, mm Tension de batterie de LiCoVO4/Li dans LiCl04 IM dans le carbonate de: 3,00 V propylène Exemple II Matériaux utilisés Composition (en moles) 1. LiNO3,3H20: 0,025 2. Co(NO3) 2,6H20 0,025 3. NH4VO3: 0,025 4. Urée: 0,l5 5. Ammoniaque (2 M): 15 ml Chauffage à 500 C pendant 3 heures Résultats pour le produit Rendement: 90 % Caractérisation des phases: phase unique Granulométrie à 800 C: 3,0 mm à 28, mm Tension de batterie de LiCoVO4/Li dans LiCIO4 IM dans le carbonate de 3,00 V propylène 283781 1 L'addition accrue de combustible interne ne modifie pas les propriétés de LiCoVO4, alors qu'une quantité diminuée de ce dernier aboutit à une réaction incomplète. D'après ce qui précède, on constate que, dans le procédé selon I'invention: l. Les matières inorganiques utilisées pour la préparation de LiCoVO4 qui étaient à l'état de suspension collodale uniforme ont produit le produit final en une phase unique; 2. Le produit a été obtenu à une température plus basse et en une durée plus courte; 3. Le produit est pur. 283781 1 REVENDICATIONS l. Procédé de combustion destiné à la préparation de LiCoVO4 utile comme matière de cathode dans des batteries secondaires à ions lithium de type "fauteuil à bascule" ou "volant", caractérisé en ce qu'il comprend le chauffage d'un mélange composite de LiNO3,3HzO, Co(NO3)2,6H2O et NH4VO3 avec l'urée en milieu aqueux à 500 C pendant 3 heures pour obtenir LiCoVO4. 2. Procédé selon la revendication caractérisé en ce que LiCoVO4 est obtenu en phase unique sans impureté. 3. Procédé selon la revendication ou la revendication 2 caractérisé en ce que l'on dissout LiNO3,3H2O en une quantité de 0,025 mol dans l'ammoniaque dans un creuset en quartz, on ajoute lentement NH4VO3 en une quantité de 0,025 mol sous forme de solide en agitant simultanément et en chauffant à une température d'environ 70 C pour totalement dissoudre NH4VO3, puis on ajoute Co(NO3)2,6H20 en une quantité de 0,025 mol et une quantité stoechiométrique d'urée, en une