[发明专利]碱式磷酸铁铵及制备方法、磷酸铁的制备方法及磷酸亚铁锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碱式磷酸铁铵及其制备方法、磷酸铁的制备方法及磷酸亚铁锂的制备方法。

背景技术

近年来人们对循环性能更好，对环境无污染，安全性能更佳的磷酸亚铁锂LiFePO₄材料的关注越来越重视。研究也越来越深入，对该材料的研究成为储能材料领域新的热点。由于橄榄石结构的LiFePO₄本身存在着许多的缺点，如导电性能较差，体积比容量低等。导电性能差的问题因人们已通过对材料进行掺杂碳和金属离子等做了大量的研究，磷酸亚铁锂材料的导电性能已得到了很好的改善。

CN1800003A公开了一种沉淀结晶制备FePO₄前驱体，再将FePO₄前驱体和锂源化合物及还原剂一起烧制橄榄石结构磷酸亚铁锂的方法，该方法制备的的FePO₄前驱体粒度为0.1μm，FePO₄前驱体的密度较小，因此制备的磷酸亚铁锂的体积比容量较小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高密度的碱式磷酸铁铵及其制备，由碱式磷酸铁铵灼烧制备的磷酸亚铁锂的前驱体磷酸铁的制备方法，以及由该前驱体磷酸铁制备的磷酸亚铁锂的制备方法，该方法制备的磷酸亚铁锂的前驱体磷酸铁粒度均匀，密度大，由该磷酸铁制备的磷酸亚铁锂首次充放电质量比容量大，振实密度大，进而制备出比容量较高的锂离子电池。

一种碱式磷酸铁铵化合物，其分子式为NH₄Fe₂(OH)(PO₄)₂·nH₂O，n为0～2碱式磷酸铁铵化合物的振实密度1.3g/ml～1.6g/ml，平均粒径为10～20μm。

碱式磷酸铁铵化合物的制备方法，包括将铁盐水溶液、磷源水溶液、氨水溶液滴加到反应容器中，温度控制范围为20～60℃，PH值控制范围为3～7，搅拌器搅拌，溢流得到沉淀碱式磷酸铁铵NH₄Fe₂(OH)(PO₄)₂·nH₂O，n为0～2，其中，铁盐水溶液为二价铁盐和三价铁盐水溶液的混合溶液。

其中，二价铁盐与三价铁盐的摩尔比为0.01～0.99。

铁盐的浓度为0.2～2mol/L，氨水浓度为0.2～2mol/L，铁盐与磷源的摩尔比为1∶1～1∶1.2。

沉淀在反应容器内的平均滞留时间为4～16小时。

其中，二价铁盐为硫酸亚铁、草酸亚铁、硝酸亚铁、氯化亚铁、醋酸亚铁中的一种或者几种的混合；三价铁盐为硫酸铁、草酸铁、硝酸铁、氯化铁、醋酸铁中的一种或者几种的混合；磷源为磷酸、磷酸铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵中的一种或者几种的混合；搅拌器的转速为400～600转/分钟。

其中，铁盐水溶液为在二价铁盐水溶液中添加氧化剂反应制得二价铁盐和三价铁盐的混合溶液；氧化剂为过氧化氢H₂O₂、过氧化钠Na₂O₂、过硫酸铵NH₄S₂O₇中的一种或几种的混合。

其中，所述铁盐水溶液为在三价铁盐水溶液中添加还原剂反应制得二价铁盐和三价铁盐的混合溶液；还原剂为次磷酸H₃PO₂、亚磷酸H₃PO₃、次磷酸钠NaH₂PO₂中的一种或几种的混合。

一种磷酸铁的制备方法，包括将上述的沉淀碱式磷酸铁铵NH₄Fe₂(OH)(PO₄)₂·nH₂O过滤、洗涤、120～180℃下干燥，在550℃～700℃下灼烧得到磷酸铁FePO₄。干燥时间为2～6小时，灼烧时间为4～6小时。