[发明专利]一种片状磷酸铁及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种片状磷酸铁及其制备方法与应用，所述片状磷酸铁的微观形貌为一次粒子呈片状且厚度为10～50nm，长度为100nm～3μm，宽度为100nm～3μm。所述制备方法包括以下步骤：取亚铁离子溶液加入磷酸和转晶剂；取磷盐溶液加入氧化剂；混合得到混合溶液C，控制混合溶液C的pH为1.5～2.2，反应后得到淡黄色磷酸铁浆料；在搅拌并加热的条件下，磷酸铁浆料转变为白色或粉白色包含晶形的磷酸铁浆料，待转变完成后将搅拌速度降低20％～50％，陈化并保温；将产物进行固液分离，收集固态部分为晶态磷酸铁沉淀；将沉淀洗涤后，煅烧得到所述片状磷酸铁。本发明方案的磷酸铁可用于制备高压实密度的磷酸铁锂。

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，具体涉及一种片状磷酸铁及其制备方法与应用。

背景技术

目前，磷酸铁锂电极材料已经进入产业化快速发展和应用推广阶段，采用磷酸铁锂为正极制作的动力和储能电池也均显示出良好的安全和循环性能，其应用规模正在逐步扩大，然而未来的能源需求对磷酸铁锂动力和储能电池提出了更高的能量密度要求。

磷酸铁作为磷酸铁锂的前驱体，其形貌和粒度分布对磷酸铁锂正极的压实密度有很大影响，因此，研究制备具有形貌可控的磷酸铁工艺具有很高的应用价值。目前，商业化磷酸铁一次粒子呈类球形，二次粒子呈多孔的蜂窝状结构，二次颗粒进一步组成无特定形貌的软团聚体，这种磷酸铁内部孔隙较多，使得压实密度降低。磷酸铁作为磷酸铁锂的骨架，在下游磷酸铁锂湿法研磨过程中，这些内部多孔磷酸铁极容易破碎，导致磷酸铁锂的粒度分布过窄，球与球之间产生大量孔隙，若无合适的小粒径球填补缝隙，将会导致材料压实密度进一步降低。内部孔隙较多的磷酸铁制备工艺中，湿料在脱去自由水形成二水磷酸铁时的比表也比较高，通常在50m²/g左右，针对这种多孔高比表的二水磷酸铁，多数磷酸铁厂家通过高温800℃以上并延长烧结时间使得磷酸铁熔融，进而使得无水磷酸铁的比表在1.5～3m²/g左右，以此来减少磷酸铁内部孔洞，但该工艺导致能耗升高的同时，还会使得物料烧结、结块严重，后续破碎工序难度大，大大降低了企业生产效率，同时这种磷酸铁加工性能对后续正极磷酸铁锂材料制备工艺要求严苛，若磷酸铁锂厂家加工工艺不适宜，采用这种磷酸铁制备的磷酸铁通常会导致放电困难。因此，对现有技术中的磷酸铁材料进行进一步改进具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是：提供一种能够制得高压实密度磷酸铁锂的片状磷酸铁。

本发明所要解决的第二个技术问题是：提供一种能够制得高压实密度磷酸铁锂的片状磷酸铁的制备方法。

本发明所要解决的第三个技术问题是：提供一种上述片状磷酸铁的应用。

为了解决上述第一个技术问题，本发明采用的技术方案为：一种片状磷酸铁，所述片状磷酸铁的微观形貌为一次粒子呈片状且厚度为10～50nm，长度为100nm～3μm，宽度为100nm～3μm。

进一步地，所述片状磷酸铁的一次粒子有序堆叠组成二次粒子，所述二次粒子内部密实无孔洞。

本发明的有益效果在于：本发明方案的片状磷酸铁一次粒子呈片状，片状一次粒子有序堆叠成二次颗粒，内部密实无孔洞，粒度分布适中，可用于制备高压实密度的磷酸铁锂。

为了解决上述第二个技术问题，本发明采用的技术方案为：一种片状磷酸铁的制备方法，包括以下步骤：

S1、取亚铁离子溶液加入磷酸和转晶剂，得到混合溶液A；取磷盐溶液加入氧化剂，得到混合溶液B；

S2、在搅拌下，将混合溶液B加入至混合溶液A中得到混合溶液C，控制混合溶液C的pH为1.5～2.2，反应后得到淡黄色磷酸铁浆料；

S3、在搅拌并加热的条件下，步骤S3得到的淡黄色磷酸铁浆料转变为白色或粉白色包含晶形的磷酸铁浆料，待转变完成后将搅拌速度降低20％～50％，陈化并保温；