[发明专利]一种电池级微孔球状磷酸铁的制备方法

说明书

本发明提供一种电池级微孔球状磷酸铁的制备方法，其包括将磷酸溶液与三价铁盐混合加热反应后形成浓缩溶液；在75℃—85℃的温度范围内将上述浓缩液加入1—3mol/L硝酸溶液和质量百分含量为0.01—0.1％之间的纳米二氧化硅以及去离子水，以纳米二氧化硅为晶核诱导磷酸铁晶体沉淀析出，通过过滤、洗涤和干燥，制备出电池级磷酸铁材料；将上述制备出来的磷酸铁在氢氟酸中浸泡20min至60min，然后洗涤、干燥，由于氢氟酸与纳米二氧硅反应，使得上述制备的磷酸铁产物产生了刻蚀作用，最终制备出微孔球状磷酸铁材料。以进一步提高后续制备磷酸铁锂的导电性能及充放电性能。本发明属于磷酸铁制备技术领域。

技术领域

本发明属于磷酸铁制备领域，具体涉及一种制备磷酸铁的方法。

背景技术

磷酸铁锂由于具有高理论容量(170mAh/g)、高工作电压(3.5V左右的电压平台)、循环性能好、无记忆效应等优良性能，且具有价廉、环境友好的优点，因此具有取代成本较高的LiCoO₂而成为新一代锂离子电池正极材料，而且已成为电动汽车等所需大型储能电池的重要材料。固相反应法是目前磷酸铁锂生产和研究过程中广泛使用的方法，磷酸铁逐渐成为碳热还原法中制作磷酸铁锂的重要前驱体。在CN 101337666A、CN 15181537A、CN1635648A、CN 101559935A、CN 101559935A等专利申请中均用磷酸铁提供铁源与磷源制作性能优良的电池级磷酸铁锂。

但按目前方法制备的磷酸铁所含杂质较多，影响后续制备磷酸铁锂的导电性能及充放电性能，且制备工艺复杂，成本较高。相关文献及实验研究表明，磷酸铁的制备通常用三价铁盐与磷酸或可溶性磷酸盐溶液混合，利用氨水或碱液控制pH值在1.8左右，在85℃左右加热条件下结晶而成；磷酸铁也可用二价铁盐与磷酸或可溶性磷酸盐构成混合溶液，通过氧化剂与碱液控制反应条件，得到磷酸铁晶体。制备出的磷酸铁进一步制备成电池级磷酸铁锂。磷酸铁前驱体的形貌、纯度以及微量金属离子含量对后续磷酸铁锂的电化学性能有重要影响。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种电池级微孔球状磷酸铁的制备方法，以进一步提高后续制备磷酸铁锂的导电性能及充放电性能。

为解决上述问题，提供一种电池级微孔球状磷酸铁的制备方法，包括如下步骤：

步骤1.将磷酸溶液与三价铁盐按照磷元素与铁元素摩尔比为6：1混合溶解，混合后，磷酸根摩尔浓度控制在0.3—1.2mol/L之间，铁盐摩尔浓度控制在0.05—0.2mol/L之间，加热反应后形成浓缩溶液；

步骤2：在75℃—85℃的温度范围内将上述浓缩液加入硝酸溶液和纳米二氧化硅以及去离子水，以纳米二氧化硅为晶核诱导磷酸铁晶体沉淀析出，通过过滤、洗涤和干燥，制备出电池级磷酸铁材料；

步骤3：将上述制备出来的磷酸铁加入氢氟酸溶液中浸泡20min至60min，加入磷酸铁后，氢氟酸的质量百分含量为0.5％—5％，然后洗涤、干燥，氢氟酸与纳米二氧硅反应，使得上述制备的磷酸铁产物产生刻蚀作用，最终制备出微孔球状磷酸铁材料。

步骤1中所述的三价铁盐为三氯化铁或硝酸铁，所述的浓缩溶液是指将含量为85％的浓磷酸溶液、三价铁盐和去离子水，按磷铁元素摩尔比为6：1配制成混合溶液后，在90—100℃的温度下，搅拌加热浓缩至原溶液体积的30％-50％；