[发明专利]在水热条件下合成锂-铁-磷酸盐

说明书

本发明涉及一种制备含有锂、铁和磷酸根阴离子的化合物的方法，制备包含这些化合物和至少一种导电材料的混合物的方法，可以通过这些方法制备的化合物和混合物以及这些化合物和混合物在制备锂离子电池的阴极中的用途。

制备LiFePO₄的方法已经由现有技术已知。

US 2003/0082454 A1公开了一种通过混合Li₂CO₃或LiOH H₂O、Fe(CH₃CO₂)₂和NH₄H₂PO₄ H₂O而制备LiFePO₄的方法。将该固体混合物在300-350℃下煅烧，以消除NH₃、H₂O和CO₂。随后将该混合物在氩气和800℃下进一步加工24小时。该文献进一步提到通过将包含Li₂C₂O₄、LiH₂PO₄和Fe(C₂O₄)·2H₂O的研磨混合物煅烧而制备LiFePO₄基材料的方法。

US 6,702,961 B2也公开了一种通过将由FePO₄、Li₂CO₃和碳构成的研磨混合物造粒，然后在惰性气氛中于700℃下煅烧8小时而制备LiFePO₄的方法。

CN 1547273 A的摘要公开了一种通过将研磨并随后压片的Li₂CO₃、FeC₂O₄·2H₂O和(NH₄)₂HPO₄的混合物在加入碳下于微波辐射下煅烧而制备LiFePO₄的方法。

DE 10 2005 015613 A1和DE 10 2005 012 640 A1公开了LiFePO₄可以通过在氮气下将包含Fe(II)SO₄·7H₂O、H₃PO₄和LiOH H₂O的含水混合物在160℃下水热处理10小时而得到。在所述水热处理过程中，所需LiFePO₄由含水混合物沉淀。没有还原或氧化反应混合物的组分。

WO 2006/057146 A2公开了LiFePO₄可以通过在氩气下将包含Fe(II)O、P₂O₅和LiOH的混合物在1100℃下熔融，然后研磨而得到。

根据现有技术制备LiFePO₄的方法具有的缺点是必须向反应混合物中加入额外的还原剂如碳或者必须在还原性气氛下进行煅烧步骤。由于加入的碳仅在高反应温度下起还原剂的作用，需要高煅烧温度，这导致具有大晶粒和宽粒度分布的材料。

其他缺点是若以固相混合固体化合物如Li₂CO₃和Fe₂O₃，则难以得到不同离子在整个混合物中均匀分散的混合物。此外，含碳还原剂呈现的缺点是它们的还原能力并不与它们的用量无关，因此不易预见还原需要多大量的含碳还原剂且多大量可以用作导电材料。

本发明的目的是提供一种制备锂-铁-磷酸盐的方法，其使得可以以非常均匀混合和结晶的状态得到这些化合物。此外，本发明的目的是提供一种可以容易且仅以两个反应步骤进行的制备所述化合物的方法。此外，本发明的优选目的是提供一种制备锂-铁-磷酸盐的方法，其中根本不需要煅烧步骤。另一目的是提供一种仅得到所需化合物而没有任何干扰性副产物的方法，从而无需任何提纯和/或洗涤步骤。另一目的是获得更精细分散的材料，其具有非常窄的晶粒尺寸分布、在Li离子电池的充电和放电中提供改善的Li离子扩散性，从而改进Li离子扩散性并由此改进功率特性以及额外提高Li离子电池的电容。

这些目的由一种制备通式(I)化合物的方法实现：