一种新型离子电池正极材料磷酸铁的合成方法
【技术领域】
[0001]本发明属于化学合成领域，具体涉及一种新型离子电池正极材料磷酸铁的合成方法。
【背景技术】
[0002]无机多孔材料由于其独特的孔道结构而被广泛的应用在催化、离子交换以及选择性吸附等领域。目前，全球资源越来越不能满足人类生产活动的需要，研制新功能材料成为当今科研工作者们的首要任务。现在离子电池电极材料主要有层状LiCoO2，尖晶石型的LiMn2O4,多元金属复合氧化物LiNiv3Ccv3Mrv3O2t5作为小型电池的正极材料，上述的几种化合物均在不同程度上实现了商品化。但是对于电动汽车或高负载水平的大电池来讲，正极材料的价格和有效利用率是一个非常重要的因素。而且其它材料中含贵重元素，原料价格较高。这些材料在充放电循环过程中容易衰减，高温下尤为明显。
[0003]化合物(NH4) [Fe2 (OH) (H2O) (PO4)2].1.5H20的合成、结构及磁性质在文献中早有过相关报道，例如周宏等在Solid State Sciencesl2 (2010) 1816-1821中利用水热反应合成出具有三维孔状结构的该化合物，并详细讨论其晶体结构及磁性质，但是没有研究化合物的电导率，及碱金属离子的嵌入/脱出性质。基于以上原因，我们通过水热法合成出化合物，而试图得到稳定可行的合成步骤，得到性能更优异的、在离子电池正极材料方面有极大应用前景的无机多孔材料。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对上述技术问题而提出一种合成(NH4) [Fe2 (OH) (H2O)(PO4)2].1.5H20的合成方法，该合成方法操作方便，产品收率高。
[0005]本发明的目的可以通过以下技术方案实现:
[0006]一种新型离子电池正极材料磷酸铁盐的合成方法，该方法包括以下几个步骤:
[0007](I)依次将(NH4) 2HP04，H3BO3, C2H4O4.2H20，FeSO4.7H20 和 NH3.H2O 加入到二次去离子水中；混合后搅拌混合；
[0008](2)将步骤⑴中的溶液加入反应釜中，在温度为150?210°C条件下反应；
[0009](3)将步骤⑵反应后得到的反应液冷却，之后洗涤、晾干。
[0010]步骤(I)中(NH4)2HPO4'H3BO3' C2H4O4.2H20、FeSO4.7H20、NH3.H2O 和 H2O 的摩尔比依次为I?3: I?5: I?3: I?3: 20?30: 220?280。进一步优选(NH4)2HPO4, H3BO3' C2H4O4.2H20、FeSO4.7H20、NH3.H2O 和 H2O 的摩尔比依次为1.9: 3.2: 1.9: 1.0: 23.3: 255。
[0011]步骤(I)中搅拌的速度为300?800rpm，搅拌的时间为5?15分钟。
[0012]步骤⑵中反应的时间为70?75小时。
[0013]步骤(3)中洗涤所采用的溶剂为去离子水。
[0014]步骤(3)所述的冷却采用自然冷却的方式，冷却的时间大于等于12小时。
[0015]步骤(3)中的晾干为自然晾干的方式。
[0016]本发明的有益效果:本发明中合成的化合物(NH4) [Fe2 (OH) (H2O) (PO4)2].1.5H20具有大的孔径“隧道”结构，具有大的界面结构和多的表观结构，具有比较高的热稳定性，适中的电导率，较大的吉布斯自由能，较宽的锂离子嵌入/脱出范围和相当的锂离子嵌入/脱逸量，与电解液不发生化学或物理的反应，无毒、价廉，易制备，重量轻，易于制作等优点。
【具体实施方式】
[0017]下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不限于此:
[0018]实施例1
[0019]在室温下，依次将:0.1476g(NH4)2HPO4,0.1506g H3BO3,0.1500g C2H4O4.2H20，0.2515g FeSO4.7H20和0.7275g NH3.H2O加入2.9mL 二次去离子水中，混合后用磁力搅拌器以300转每分钟搅拌15分钟；待混合均匀后，将混合溶液加入到50毫升不锈钢反应釜中并拧紧反应釜盖；将上述反应釜放入恒温鼓风干燥箱中，150°C条件下加热75小时，然后自然冷却至室温(冷却时间要超过12小时)；最后将反应产物用去离子水洗涤产品数次，得到块状绿色晶体，室温下自然晾干，产率约为45%。
[0020]实施例2
[0021]在常温下，依次将0.1476g(NH4)2HPO4,0.0960g H3BO3,0.1500g C2H4O4.2H20，0.1635g FeSO4.7H20和0.7275g NH3.H2O加入2.7mL 二次去离子水中，混合后用磁力搅拌器以500转每分钟搅拌10分钟；待混合均匀后，将混合溶液加入到25毫升不锈钢反应釜中并拧紧反应釜盖；将上述反应釜放入恒温鼓风干燥箱中，180°C条件下加热72小时，然后自然冷却至室温(冷却时间要超过12小时)；最后将反应产物用去离子水洗涤产品数次，得到块状绿色晶体，室温下自然晾干，产率约为50%。
[0022]实施例3
[0023]在常温下，依次将0.1476g(NH4)2HPO4,0.0680g H3BO3,0.1500g C2H4O4.2H20，
0.3005g FeSO4.7H20和0.7275g NH3.H2O加入2.5mL 二次去离子水中，混合后用磁力搅拌器以800转每分钟搅拌5分钟；待混合均匀后，将混合溶液加入25毫升不锈钢反应釜中并拧紧反应釜盖；将上述反应釜放入恒温鼓风干燥箱中，210°C条件下加热70小时，然后自然冷却至室温(冷却时间要超过12小时)；最后将反应产物用去离子水洗涤产品数次，得到块状绿色晶体，室温下自然晾干，产率约为50%。
【主权项】
1.一种新型离子电池正极材料磷酸铁盐的合成方法，其特征在于所述的方法包括以下几个步骤:(1)依次将(NH4)2HPO4,H3BO3, C2H4O4.2H20，FeSO4.7H20 和 NH3.H2O 加入到二次去离子水中；混合后用搅拌混合均匀； (2)将步骤(I)中的溶液加入反应釜中，在温度为150?210°C条件下反应； (3)将步骤(2)反应后得到的反应液冷却，之后洗涤、晾干。2.根据权利要求1所述的新型离子电池正极材料磷酸铁盐的合成方法，其特征在于:步骤 I)中(NH4) 2HP04、H3B03、C2H4O4 CH2CKFeSO4.7Η20、NH3.H2O 和 H2O 的摩尔比依次为 I ?3:1 ?5:1 ?3:1 ?3: 20 ?30: 220 ?280。3.根据权利要求2所述的新型离子电池正极材料磷酸铁盐的合成方法，其特征在于:(NH4)2HPO4' H3BO3' C2H4O4.2H20、FeSO4.7H20、NH3.H2O 和 H2O 的摩尔比依次为1.9: 3.2: 1.9: 1.0: 23.3: 255。4.根据权利要求1所述的新型离子电池正极材料磷酸铁盐的合成方法，其特征在于:步骤(I)中搅拌的速度为300?800rpm，搅拌的时间为5?15分钟。5.根据权利要求1所述的新型离子电池正极材料磷酸铁盐的合成方法，其特征在于:步骤(2)中反应的时间为70?75小时。6.根据权利要求1所述的新型离子电池正极材料磷酸铁盐的合成方法，其特征在于:步骤(3)中洗涤所采用的溶剂为去离子水。7.根据权利要求1所述的新型离子电池正极材料磷酸铁盐的合成方法，其特征在于:步骤(3)所述的冷却采用自然冷却的方式，冷却的时间大于等于12小时。8.根据权利要求1所述的新型离子电池正极材料磷酸铁盐的合成方法，其特征在于:步骤(3)中的晾干为自然晾干的方式。
【专利摘要】本发明涉及一种新型离子电池正极材料磷酸铁盐的合成方法，属于化学合成领域。该合成方法具体包括如下几个实验步骤：室温下，依次将(NH4)2HPO4，H3BO3，C2H4O4·2H2O，FeSO4·7H2O和NH3·H2O加入到二次去离子水中，混合搅拌；待混合液混合均匀后，将上述混合溶液放人反应釜中，在温度为150℃至210℃条件下加热反应，反应后自然冷却至室温；用去离子水洗涤，得到块状绿色晶体，室温下自然晾干，产率约为50％。该方法在水热条件反应，降低了成本，实现了绿色生产。通过对原料的加料顺序和化学计量比，反应温度，反应时间和冷却时间进行调控，大大提高了产率。
【IPC分类】C01B25/37, H01M4/58
【公开号】CN104973582
【申请号】CN201410130675
【发明人】任小明, 刘少贤
【申请人】南京工业大学
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2014年4月3日