晶状奈米ＬｉＦｅＰＯ４

摘要

本发明关于锂二次电池，并更尤其关于在非水性电化学电池中大于2.8伏特(相对于Li＋/Li)之电位下操作之正电极材料。本发明特别关于具有增强的电化学特性之晶状奈米无碳橄榄石型LiFePO4粉末。;本发明揭示一种制备晶状LiFePO4粉末之直接沉淀法，其包含下列步骤：－提供具有pH介于6至10之间以水为主之混合物，其包括与水可互溶之沸点增高性添加剂及作为前驱体组份之Li(I)、Fe(II)与P(V)；－加热该以水为主之混合物至低于或等于其在大气压力下的沸点之温度，藉此沉淀晶状LiFePO4粉末。;获得具有窄分布的50至200奈米之极细粒径。细粒径成为优良高电流性质的理由，而不必施予碳涂料。这允许显着增加电极的活性材料含量。窄分布有助于电极制造法及确保在电池内均匀的电流分布。

主权项

一种制备晶状LiFePO4粉末之方法，其包含下列步骤：-提供具有pH介于6至10之间以水为主之混合物，其包括与水可互溶之沸点增高性添加剂及作为前驱体组份之Li(I)、Fe(II)与P(V)；-加热该以水为主之混合物至低于或等于其在大气压力下的沸点之温度，藉此沉淀晶状LiFePO4粉末。如申请专利范围第1项之方法，其中至少一部分Li(I)系以LiOH形态引入。如申请专利范围第1项之方法，其中至少一部分P(V)系以H3PO4形态引入。如申请专利范围第2或3项之方法，其中以水为主之混合物的pH系藉由调整LiOH对H3PO4之比而获得。如申请专利范围第2或3项之方法，接着为在非氧化的条件下加热LiFePO4粉末的后处理步骤。如申请专利范围第2或3项之方法，其中该以水为主之混合物的大气沸点高于100℃且低于200℃。如申请专利范围第6项之方法，其中该以水为主之混合物的大气沸点为105℃至120℃。如申请专利范围第2或3项之方法，其中该与水可互溶之沸点增高性添加剂为二甲亚碸。如申请专利范围第2或3项之方法，其中LiFePO4的后处理步骤系在低于600℃且高于200℃之温度下进行。一种用作电池的电极材料之无碳晶状LiFePO4粉末，其具有小于200奈米且大于50奈米之平均粒径d50的粒径分布。如申请专利范围第10项之LiFePO4粉末，其中最大粒径小于500奈米。如申请专利范围第10或11项之LiFePO4粉末，其中粒径分布为单峰式，且(d90-d10)/d50之比小于0.8。如申请专利范围第12项之LiFePO4粉末，其中该(d90-d10)/d50之比小于0.65。如申请专利范围第12项之LiFePO4粉末，其中该(d90-d10)/d50之比小于0.5。一种使用根据申请专利范围第10至14项中任一项之无碳LiFePO4粉末于制造锂嵌入型电极之用途。一种电极混合物，其包含根据申请专利范围第10至15项中任一项之LiFePO4粉末。一种用于具有非水性液体电解质之二次锂电池的电极混合物，其包含至少90重量%之LiFePO4，其特征为当用作阴极中的活性组份时(其中该阴极系在25℃下1 C之放电速率下在2.70至4.15伏特(相对于Li+/Li)之间循环)，可逆容量为至少80%的理论容量。如申请专利范围第17项之电极粉末，其中该可逆容量为至少85%的理论容量。一种用于具有非水性凝胶状聚合物电解质之二次锂电池的电极混合物，其包含至少80重量%之LiFePO4，其特征为当用作阴极中的活性组份时(其中该阴极系在25℃下1 C之放电速率下在2.70至4.15伏特(相对于Li+/Li)之间循环)，可逆容量为至少80%的理论容量。如申请专利范围第19项之电极粉末，其中该可逆容量为至少85%的理论容量。一种用于具有非水性乾聚合物电解质之二次锂电池的电极混合物，其包含至少56重量%之LiFePO4，其特征为当用作阴极中的活性组份时(其中该阴极系在25℃下1 C之放电速率下在2.70至4.15伏特(相对于Li+/Li)之间循环)，可逆容量为至少80%的理论容量。如申请专利范围第21项之电极粉末，其中该可逆容量为至少85%的理论容量。