[发明专利]一种用于制备磷酸铁锂的磷酸铁的制备方法及磷酸铁

说明书

技术领域

本发明属于无机材料领域，特别是涉及一种用于制备磷酸铁锂的磷酸铁的制备方法及磷酸铁。

背景技术

现阶段，能源与环境问题日益严重，清洁能源的开发与使用迫在眉睫，发展电动车是未来发展的趋势。风能、太阳能、地热能等绿色能源的大规模应用，对储能器件提出了更高的要求，特别是对储能电池的使用寿命要求更高。 

锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂因具有安全性能好、价格低廉、热稳定性高、循环性能好、高的理论容量（170mAh/g）、较高的充放电平台（3.4V~3.6V）、无记忆效应、环境友好等优点，使其成为下一代电动车用锂离子电池正极材料的首选。

目前固相法是制备商业用磷酸亚铁锂的主要方法，但是由于二价铁源成本高、保存困难且合成的磷酸亚铁锂粒径大（D>1μm）、均匀性差等缺陷难以满足动力型锂离子电池的需求。Barker将碳热还原法应用到LiFePO₄制备中，碳热还原法合成LiFePO₄时采用价廉、性能稳定的三价铁代替二价铁作铁源，原料中加入过量的碳，在高温下用碳将Fe³⁺还原成Fe²⁺来制备LiFePO₄，剩余的碳在LiFePO₄产物中起导电剂作用。采用碳热还原法制备磷酸亚铁锂的铁源主要为磷酸铁，但是由于市面上销售的磷酸铁颗粒较大不均匀且结晶度差别很大，导致合成的磷酸铁锂的粒径大而且不均匀，性能差异很大。因此如何合成纳米级、均匀细小、少团聚的前驱体磷酸铁，对于制备出性能优异的磷酸铁锂正极材料至关重要。

公开号为CN101891176A的专利申请中公布了一种用非离子表面活性剂制备锂离子电池材料正磷酸铁的制备方法，但制备的正磷酸铁的粒径大且不均匀（50~300nm），说明单纯的非离子表面活性剂并不能起到很好的分散效果，这种方法不适合制备磷酸铁锂的前驱体磷酸铁。公开号为CN10695998A的专利申请中公布了制备纳米级的磷酸铁的制备方法，所制备的磷酸铁的虽然粒径很小，但分布不均匀（10~100nm），且所用的旋转填充床反应器使用复杂，不适于大规模生产。公开号为CN1021101662A的专利申请中以草酸亚铁和磷酸为原料制备无水结晶磷酸铁，因其工艺中要经过500℃高温处理，因此能耗大且磷酸铁易于长大，对最后的磷酸铁锂的性能有不良的影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：弥补现有技术的不足，提出一种用于制备磷酸铁锂的磷酸铁的制备方法及磷酸铁，本发明方法工艺简单、成本低适于大规模生产，制备得到的磷酸铁粒径小且均匀。

本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：

一种用于制备磷酸铁锂的磷酸铁的制备方法，包括以下步骤：

（1）配制阳离子表面活性剂水溶液；

（2）分别配制浓度为0.1~5mol/L的可溶性铁盐水溶液和可溶性磷酸盐水溶液；

（3）在25~50℃、超声和搅拌条件下，按照Fe:P=1：0.8~1.2（摩尔比）将所述可溶性铁盐水溶液和可溶性磷酸盐水溶液依次缓慢加入所述阳离子表面活性剂水溶液中，加入速度不大于60ml/min，在所述可溶性铁盐水溶液和可溶性磷酸盐水溶液全部加入后得到的反应液中所述阳离子表面活性剂的浓度为1-10g/L；

（4）在25~50℃、超声和搅拌条件下，在所述反应液中加入氨水调节溶液pH到0~3，超声反应一段时间停止后，继续搅拌30~180min；

（5）将所述步骤（4）得到的液体用去离子水或者无水乙醇洗涤后，在70~90℃下干燥得到粉末状的磷酸铁。

采用以上技术方案，通过阳离子表面活性剂和超声波的相互作用，制备出纳米级颗、粒度均匀的球形磷酸铁颗粒，同时步骤（3）中可溶性铁盐水溶液、可溶性磷酸盐水溶液需按先后顺序加入，因为两者添加的顺序不同生成的磷酸铁颗粒形貌不同，步骤（4）中超声反应一段时间停止后，还要继续搅拌30~180min是为了使反应进行得更加完全，步骤（4）得到的液体为米黄色悬浊液，以上方案中的各个条件共同作用使得制备得到的磷酸铁为球形纳米级且均匀少团聚。

优选地，所述步骤（3）中，在所述可溶性铁盐水溶液和可溶性磷酸盐水溶液全部加入后得到的反应液中所述阳离子表面活性剂的浓度为3~6g/L。

采用以上技术方案，生成的磷酸铁颗粒的形貌更加均匀、更少团聚。