[发明专利]电极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种制备电极材料的方法，其中：(a)将如下组分彼此混合：

(A)至少一种铁化合物，其中Fe以+2或+3价氧化态存在，

(B)至少一种磷化合物，

(C)至少一种锂化合物，

(D)至少一种碳源，其可为单独的碳源或同时为至少一种铁化合物(A)或磷化合物(B)或锂化合物(C)，

(E)任选的至少一种还原剂，

(F)任选的至少一种具有除铁之外的金属的其他金属化合物，

(G)任选的水或至少一种有机溶剂；(b)借助至少一个使用至少一个用于喷雾的喷嘴的装置一起喷雾干燥，和(c)在350-1200℃的温度下进行热处理。

本发明进一步涉及可由本发明方法获得的电极材料。本发明进一步涉及本发明电极材料在电化学电池中的用途。

迄今为止，在寻求利用锂离子作为导电物质的电池组的有利电极材料中，已提出了许多材料，例如含锂尖晶石(具有层状结构的混合氧化物)，例如锂化的镍-锰-钴氧化物和磷酸锂铁。

特别感兴趣的磷酸锂铁，这是因为其不包含任何有毒重金属且在许多情况下对氧化和水具有非常好的抗性。磷酸锂铁的缺点可能为较低的能量密度。

问题在于通常希望磷酸锂铁非常细碎以显示出合适的电化学性能。在细碎磷酸锂铁的情况下，通常观察到在制造和加工中导致问题的高粉尘污染和不良流变性能。

因此，本发明的目的是提供一种制备电极材料的方法，其简单、需要极少的步骤并提供具有良好流变性能的化学不敏感电极材料的获得途径。另一目的是提供化学不敏感的电极材料，其可以以理想的低费用制备且不导致高水平的粉尘污染。另一目的是提供总体上具有有利应用性能的电化学电池。应用性能的实例为在制造电池组或电池组组件的加工过程中的性能以及由其制造的电池组的性能。

因此，我们已发现了开头所定义的方法，下文也称为本发明方法。

为了实施本发明方法，将多种原料，优选所有参与的原料在步骤(a)的多个操作或优选一个操作中混合。合适的混合容器例如为搅拌釜和搅拌烧瓶。

下文更详细地描述所述原料。

作为原料(A)，使用至少一种铁化合物，下文也称为铁化合物(A)。铁化合物(A)选自其中铁(即Fe)以+2或+3价氧化态存在的铁化合物。这些化合物优选为无机铁化合物，例如铁氧化物如FeO、Fe₂O₃或Fe₃O₄；铁氢氧化物，例如Fe(OH)₃、FeOOH；以及FeCO₃；含水的铁氧化物，也描述为FeO·水或Fe₂O₃·水；或水溶性铁盐，如FeSO₄、Fe₂(SO₄)₃、乙酸铁(II)、磷酸铁、膦酸铁、柠檬酸铁、柠檬酸铁锂、柠檬酸铁铵、乳酸铁；以及碱性碳酸铁和柠檬酸铁。就本发明而言，铁的羧酸盐被视为无机铁化合物。

优选的铁化合物(A)为Fe(OH)₃；碱性氢氧化铁(III)，特别是FeOOH；柠檬酸铁铵、Fe₂O₃、Fe₃O₄、乙酸铁、柠檬酸铁、乳酸铁、磷酸铁、膦酸铁和碳酸铁。

在本发明的实施方案中，将至少两种铁化合物选作原料(A)，其中至少一种，优选至少两种，具有+2或+3价氧化态的Fe。

在本发明的实施方案中，将至少三种均具有+2或+3价氧化态Fe的铁化合物选作原料(A)。

在本发明的另一实施方案中，将正好一种其中Fe以+2或+3价氧化态存在的铁化合物选作原料(A)。

原料(A)可例如以水溶液、含水悬浮液或粉末，例如平均粒径为10-750nm，优选25-500nm的粉末形式使用。

作为原料(B)，使用至少一种磷化合物，下文也称为磷化合物(B)，其选自磷烷(phosphane)和其中磷以+1或+3或+5价氧化态存在的化合物，例如每分子具有至少一个烷基或至少一个烷氧基的磷烷，卤化磷、膦酸、次磷酸和磷酸。优选的磷烷选自PH₃和通式(I)的磷烷：

P(R¹)_r(X¹)_sH_t         (I)

其中所述变量如下选择：