[发明专利]在水热条件下合成LiFePO4的方法

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，涉及制备含有这些化合物和至少一种导电材料的混合物的方法，涉及通过这些方法制备的化合物和混合物，以及涉及这些化合物和混合物用于制备锂离子电池的阴极的用途。

现有技术中已经知道LiFePO₄的制备方法。

US 2003/0082454A1公开了一种制备LiFePO₄的方法，其中使Li₂CO₃或LiOH·H₂O、Fe(CH₃CO₂)₂和NH₄H₂PO₄·H₂O混合。此固体混合物在300-350℃下煅烧，从而消除NH₃、H₂O和CO₂。此混合物随后进一步在氩气下于800℃下处理24小时。此文件还提到了通过煅烧含有Li₂C₂O₄、LiH₂PO₄和Fe(C₂O₄)·2H₂O的研磨混合物来制备基于LiFePO₄的材料的方法。

US6,702,961B2也公开了一种制备LiFePO₄的方法，其中使含有FePO₄、Li₂CO₃和碳的研磨混合物造粒，并随后在700℃下在惰性气氛中煅烧8小时。

CN 1547273A的摘要公开了一种制备LiFePO₄的方法，其中使Li₂CO₃、FeC₂O₄·2H₂O和(NH₄)₂HPO₄的经过研磨并随后造粒的混合物在添加碳的情况下在微波辐照下煅烧。

DE 10 2005 015613A1和DE 10 2005 012 640A1公开了LiFePO₄可以通过含有Fe(II)SO₄·7H₂O、H₃PO₄和LiOH·H₂O的含水混合物在氮气下于160℃水热处理10小时来获得。在所述水热处理期间，所需的LiFePO₄从含水混合物沉淀出来。反应混合物的组分都没有被还原或氧化。

WO 2006/057146A2公开了LiFePO₄可以通过在氩气下于1100℃熔融含有Fe(II)O、P₂O₅和LiOH的混合物并随后研磨来获得。

根据现有技术制备LiFePO₄的方法存在以下缺点：必须将额外的还原剂例如碳加入反应混合物中，或煅烧步骤必须在还原气氛中进行。因为加入的碳仅仅在高反应温度下起还原剂的作用，所以高的煅烧温度是必要的，这导致具有大晶体颗粒和宽粒径分布的材料。

其它缺点是如果固体化合物例如Li₂CO₃和Fe₂O₃在固相中混合，则难以获得具有不同离子在整个混合物中均匀分散的混合物。另外，含碳的还原剂的缺点是它们的还原力并不是独立于它们的用量，所以不容易预见到为了还原所需的含碳还原剂的量以及多少量能用做导电材料。

本发明的目的是提供一种制备含有锂-铁-磷酸盐的方法，此方法能获得处于非常均匀混合的状态和结晶态的这些化合物。另外，本发明的目的是提供一种制备上述化合物的方法，此方法可以容易地进行，并具有仅仅两个反应步骤。此外，本发明的一个优选目的是提供一种制备锂-铁-磷酸盐的方法，完全不需要煅烧步骤。本发明的另一个目的是提供一种方法，其中仅仅获得所需的化合物，且没有任何干扰性的副产物，从而不必须采用任何提纯和/或洗涤步骤。本发明的另一个目的是获得更细分散的材料，其具有微晶的非常窄的粒径分布，提供在锂离子电池的充电和放电中改进的锂离子扩散性，从而改进锂离子扩散性和提供粉末特性，并另外提高锂离子电池的电容。

这些目的是通过一种制备通式(I)化合物的方法实现的：