一种高活性纳米级磷酸铁及其合成方法
【专利摘要】本发明公开了一种高活性纳米级磷酸铁，其特征在于：所述的高活性纳米级磷酸铁为近球形分散颗粒，粒度分布均匀，一次粒径50—100纳米，二次平均粒径4-5微米，BET=15-30m2/g；使用本发明的高活性纳米级磷酸铁合成的锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂，材料的晶体结构更加趋于完美，锂离子嵌入/脱嵌通道正常，容量高，低温性能优异。在扣式电池测试时，在1C条件下放电容量能达到145mAh/g。
【专利说明】一种高活性纳米级磷酸铁及其合成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高活性纳米级磷酸铁的合成方法，制备的材料主要用于制备锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂。
【背景技术】
[0002]磷酸亚铁锂具有优异的热稳定性和稳定的循环充放电性能，被业界称为“最安全的锂电池”，磷酸亚铁锂作为大容量动力电池应用的首选材料而备受国内外关注。
[0003]然而，磷酸亚铁锂存在两个明显的缺点，一是电导率低，导致高倍率充放电性能差，实际比容量低；二是低温性能差。这两个缺点阻碍了磷酸亚铁锂的实际应用。要解决这两个缺点必须要从提高原料性能着手，制备高活性及球形形貌的原材料是提高正极材料性能的方向。
【发明内容】
[0004]本发明提供了一种高活性纳米级磷酸铁合成方法，通过严格控制合成工艺制备出球形颗粒，再把此化合 物进行烘干，则可获得高活性纳米级磷酸铁。该工艺简单，易实现工艺化，并且用这种高活性纳米级磷酸铁合成的磷酸亚铁锂具有更好的结晶度及更佳的晶体结构，能提高磷酸亚铁锂的电化学性能和低温性能。
[0005]本发明是通过以下技术方案实现的:
一种高活性纳米级磷酸铁，所述的高活性纳米级磷酸铁为近球形分散颗粒，粒度分布均匀，一次粒径50—100纳米，二次平均粒径4-5微米，BET=15-30m2 /g。
[0006]一种高活性纳米级磷酸铁的合成方法，包括以下步骤:
(1)称取工业级铁源和络合剂，溶于无离子水，配制成铁源浓度为0.5-0.8mol/L、络合剂浓度为0.05-0.08mol/L的混合溶液A ;
(2)称取工业级磷酸盐及中和剂，溶于无离子水，配制成磷酸盐浓度为0.5-0.8mol/L、中和剂浓度为0.05-0.08mol/L的混合溶液B ；
(3)在搅拌容器中加入3/4容积的无离子水，在300-400rpm搅拌下，按体积流量AiB=1: 1-1.03，将A、B两种溶液同时加入到反应容器中，反应生成的沉淀悬浮液溢流在另一容器中陈化2-3小时；
(4)将陈化后的沉淀用去离子水洗涤，直到PH为7.2-7.5为止，将得到的滤饼在120-130°C的烘箱中烘3-4小时，即可得到高活性纳米级磷酸铁。
[0007]高活性纳米级磷酸铁的合成方法，其特征在于所用铁源为硝酸铁、硫酸铁、三氯化铁中的一种或几种。
[0008]高活性纳米级磷酸铁的合成方法，其特征在于所用的络合剂为酒石酸钾钠、草酸铵中的一种或几种。
[0009]高活性纳米级磷酸铁合成方法，其特征在于所用的磷酸盐为磷酸氢二铵、磷酸二氢铵及磷酸二氢钠的一种或几种。[0010]高活性纳米级磷酸铁的合成方法，其特征在于所用的中和剂为氢氧化钠、氨水及乙酸铵中的一种或几种。
[0011] 本发明的优点是:
1、采用独特的络合沉淀工艺制备磷酸铁，在制备的过程中，可有效的控制产品一次粒径为50—100纳米，二次平均粒径4-5微米、BET=15-30m2 /g。材料形状为近球形颗粒，洗涤更容易，因而材料的纯度更高。
[0012]2、使用本发明的高活性纳米级磷酸铁合成的锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂，材料的晶体结构更加趋于完美，锂离子嵌入/脱嵌通道正常，容量高，低温性能优异。在扣式电池测试时，在IC条件下放电容量能达到145mAh/g。
[0013]3、使用高活性纳米级磷酸铁作为原材料，工艺路线简单，能降低制备磷酸亚铁锂的材料成本及加工成本。
【具体实施方式】
[0014]通过以下实施例可以进一步阐述本发明，但本发明不仅局限于以下实施例。
[0015]实施例1
用去离子水将三氯化铁配成0.5mol、酒石酸钾钠配成0.05mol的混合溶液，用去离子水将磷酸氢二铵配成0.5mol、氢氧化钠配成0.05mol的混合溶液，打开反应容器的搅拌，投入容器3/4容积的去离子水，然后三氯化铁以100ml/min的流速加入到反应容器中，磷酸氢二铵以100ml/min的流速加入到反应容器中，反应生成的沉淀悬浮液溢流到另一容器中陈化，陈化2小时后，将沉淀洗涤干净，直到洗涤水PH 7.2，然后过滤，滤饼在120°C的烘箱中烘3小时，即可得到高活性纳米级磷酸铁。
[0016]实施例2
用去离子水将三氯化铁配成0.6mol、酒石酸钾钠配成0.06mol的混合溶液，用去离子水将磷酸氢二铵配成0.6mol、氢氧化钠配成0.06mol的混合溶液，打开反应容器的搅拌，投入容器3/4容积的去离子水，然后三氯化铁以100ml/min的流速加入到反应容器中，磷酸氢二铵以lOlml/min的流速加入到反应容器中，反应生成的沉淀悬浮液溢流到另一容器中陈化，陈化2.5小时后，将沉淀洗涤干净，直到洗涤水PH 7.3，然后过滤，滤饼在125°C的烘箱中烘3.5小时，即可得到高活性纳米级磷酸铁。
[0017]实施例3
用去离子水将三氯化铁配成0.7mol、酒石酸钾钠配成0.07mol的混合溶液，用去离子水将磷酸氢二铵配成0.7mol、氢氧化钠配成0.07mol的混合溶液，打开反应容器的搅拌，投入容器3/4容积的去离子水，然后三氯化铁以100ml/min的流速加入到反应容器中，磷酸氢二铵以102ml/min的流速加入到反应容器中，反应生成的沉淀悬浮液溢流到另一容器中陈化，陈化3小时后，将沉淀洗涤干净，直到洗涤水PH 7.4，然后过滤，滤饼在125°C的烘箱中烘3.5小时，即可得到高活性纳米级磷酸铁。
[0018]实施例4
用去离子水将三氯化铁配成0.8mol、酒石酸钾钠配成0.0Smol的混合溶液，用去离子水将磷酸氢二铵配成0.8mol、氢氧化钠配成0.0Smol的混合溶液，打开反应容器的搅拌，投入容器3/4容积的去离子水，然后三氯化铁以100ml/min的流速加入到反应容器中，磷酸氢二铵以103ml/min的流速加入到反应容器中，反应生成的沉淀悬浮液溢流到另一容器中陈化，陈化3小时后，将沉淀洗涤干净，直到洗涤水PH 7.5，然后过滤，滤饼在130°C的烘箱中烘3小时，即可得到高活性纳米级磷酸铁。
【权利要求】
1.一种高活性纳米级磷酸铁，其特征在于:所述的高活性纳米级磷酸铁为近球形分散颗粒，粒度分布均匀，一次粒径50—100纳米，二次平均粒径4-5微米，BET=15-30m2 /g。
2.一种如权利要求1所述的高活性纳米级磷酸铁的合成方法，其特征在于包括以下步骤: (1)称取工业级铁源和络合剂，溶于无离子水，配制成铁源浓度为0.5-0.8mol/L、络合剂浓度为0.05-0.08mol/L的混合溶液A ; (2)称取工业级磷酸盐及中和剂，溶于无离子水，配制成磷酸盐浓度为0.5-0.8mol/L、中和剂浓度为0.05-0.08mol/L的混合溶液B ； (3)在搅拌容器中加入3/4容积的无离子水，在300-400rpm搅拌下，按体积流量AiB=1: 1-1.03，将A、B两种溶液同时加入到反应容器中，反应生成的沉淀悬浮液溢流在另一容器中陈化2-3小时； (4)将陈化后的沉淀用去离子水洗涤，直到PH为7.2-7.5为止，将得到的滤饼在120-130°C的烘箱中烘3-4小时，即可得到高活性纳米级磷酸铁。
3.根据权利要求2所述的一种高活性纳米级磷酸铁的合成方法，其特征在于所述铁源为硝酸铁、硫酸铁、三氯化铁中的一种或几种。
4.根据权利要求2所述的一种高活性纳米级磷酸铁的合成方法，其特征在于所述的络合剂为酒石酸钾钠、草酸铵中的一种或几种。
5.根据权利要求2所 述的一种高活性纳米级磷酸铁合成方法，其特征在于所述的磷酸盐为磷酸氢二铵、磷酸二氢铵及磷酸二氢钠的一种或几种。
6.根据权利要求2所述的一种高活性纳米级磷酸铁合成方法，其特征在于所述的中和剂为氢氧化钠、氨水及乙酸铵中的一种或几种。
【文档编号】C01B25/37GK103466582SQ201310366822
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年8月21日 优先权日:2013年8月21日
【发明者】方立贵, 谢中平, 左一村, 王长平 申请人:中盐安徽红四方新能源科技有限公司