一种磷酸铁的制备方法、制得的磷酸铁及其应用与流程

本发明涉及新能源技术领域，具体涉及一种磷酸铁的制备方法、制得的磷酸铁及其应用。

背景技术：

随着国家对新能源汽车行业的大力扶持，全球锂离子电池的市场规模正在成倍扩张。目前，锂离子电池中应用最多的是锰酸锂、磷酸铁锂和三元，其中，磷酸铁锂电池由于具有原材料来源广泛、价格便宜、安全性能好且循环寿命长等优点，成为了新一代锂离子电池的理想正极材料。磷酸铁是制备磷酸铁锂的重要前驱体，其性能决定了磷酸铁锂的多种主要性能，因此，制备性能优良的磷酸铁对于磷酸铁锂的制备具有重要意义。尽管国内外的研究者对提升磷酸铁性能方面进行了大量的研究，也取得了一些良好的效果，但仍存在缺陷，如电池容量低、压实低等，仍需进一步改进。

技术实现要素：

本发明所要解决的第一个技术问题是：提供一种能够电池容量更高的磷酸铁锂的磷酸铁的制备方法。

本发明所要解决的第二个技术问题是：提供一种上述方法制得的磷酸铁。

本发明所要解决的第三个技术问题是：提供一种上述磷酸铁的应用。

为了解决上述第一个技术问题，本发明采用的技术方案为：一种磷酸铁的制备方法，包括以下步骤：

s1、配制亚铁盐溶液，加入磷酸后，再加入氧化剂将亚铁离子氧化成铁离子；

s2、取磷酸盐和/或磷酸氢盐与磷酸混合制备成混合溶液；

s3、将步骤s2制得的混合溶液加热至(90～100)℃后，加入步骤s1制得的铁离子溶液；

s4、将步骤s3反应完后制得的产物煅烧后得到所述磷酸铁。

优选地，所述步骤s3中的铁离子溶液的加入速度为(0.5～2)l/h。

进一步地，所述亚铁盐包括氯化亚铁和/或硫酸亚铁。

进一步地，所述磷酸氢盐包括磷酸一氢盐或磷酸二氢盐中的至少一种；优选地，所述磷酸盐和磷酸氢盐分别为钠盐。

进一步地，所述步骤s1中的亚铁盐与磷酸的物质的量之比为(1～15):1。

进一步地，所述步骤s2中，所述磷酸盐和/或磷酸氢盐中磷元素的物质的量与磷酸的物质的量之比为(0.5～2):1；优选地，所述磷酸盐和/或磷酸氢盐中磷元素的物质的量与磷酸的物质的量之比为(0.95～1.25)：1。

进一步地，所述步骤s1中的铁盐与步骤s2中混合溶液中磷元素的物质的量之比为1：(1～1.15)。

进一步地，所述步骤s4中的煅烧温度为(500～600)℃，时间为(4～6)h。

本发明的有益效果在于：本发明方案对传统磷酸铁的制备工艺进行了调整，摒弃了传统磷酸铁沉淀制备方法，改变了加料方式，通过先将亚铁盐氧化成铁盐后，再将铁盐和磷盐溶液并流加入以升温至96℃底液中，在高温下加料使得加料过程中几乎没有黄色中间体产生，加料过程中迅速形成白色的正磷酸铁产物，避免了传统的将磷盐加入铁盐后先生成黄色中间体再逐步转白，通过本发明方案制得的磷酸铁的压实密度更高，进而使得其应用于磷酸铁锂制备过程中能够得到更高的电池容量。

为了解决上述第二个技术问题，本发明采用的技术方案为：一种通过上述方法制得的磷酸铁。

为了解决上述第三个技术问题，本发明采用的技术方案为：一种上述磷酸铁在磷酸铁锂的制备中的应用。

一种磷酸铁锂，所述磷酸铁锂的制备原料中包含上述的磷酸铁。

本发明的有益效果在于：通过上述方法制得的磷酸铁可以制得电化学性能优良的磷酸铁锂及相应的电池。

附图说明

图1为本发明实施例1制得的磷酸铁在50k倍率下的sem图；

图2为本发明实施例1制得的磷酸铁在30k倍率下的sem图；

图3为本发明实施例1制得的磷酸铁在5k倍率下的sem图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

本发明的实施例一为：一种磷酸铁的制备方法，包括以下步骤：

(1)配置1.5mol/l的铁盐4l，加入0.6mol磷酸，将500g双氧水(质量分数为27％)溶液缓慢加入铁盐中，直至氧化完全。

(2)称取865g磷酸三钠，称取547.8g磷酸(市售浓磷酸质量百分数85％)加入磷酸三钠并定容至4l。

(3)将配置1l纯水倒入10l反应釜升温至96℃，将配置好的铁盐和磷盐并流以1l/h的速度加入磷盐。

(4)样品在气氛炉内550℃×5h煅烧结晶聚合，得到所述磷酸铁。

取上述操作制得的磷酸铁进行通过扫描电子显微镜(scanningelectronmicroscope，sem)观察其微观形貌。不同倍率下的形貌图如图1～3所示，从图中可以看出，本发明方案制得的磷酸铁呈片状，形貌稳定性好。

本实用例方案通过在高温下结晶的方式使得磷酸铁在加料的同时转白，改变了传统的加料完成后只能制得黄色中间体，通过本发明方案的加料方式能够使得磷酸铁颗粒变得密实，本发明方案通过将传统磷酸铁的制备工艺进行调整，将磷盐配比及加料方式作出改变，通过慢速加料，能够制得颗粒大且密实大的磷酸铁颗粒，将其制备而成的磷酸铁锂电容量高且振实密度高。

本发明的实施例二为：一种磷酸铁的制备方法，包括以下步骤：

(1)配置1.5mol/l的铁盐4l，加入0.9mol磷酸，将500g(27％)双氧水缓慢加入铁盐中，直至氧化完全。

(2)称取760g磷酸三钠，称取461.2g磷酸(市售浓磷酸质量百分数85％)加入磷酸三钠并定容至4l。

(3)将1l纯水倒入10l反应釜升温至96℃，将配置好的铁盐和磷盐以1l/h的速度加入磷盐。

(4)样品在气氛炉内550℃×5h煅烧结晶聚合，得到所述磷酸铁。

本实用例方案通过在高温下结晶的方式使得磷酸铁在加料的同时转白，改变了传统的加料完成后只能制得黄色中间体，通过本发明方案的加料方式能够使得磷酸铁颗粒变得密实，本发明方案通过将传统磷酸铁的制备工艺进行调整，将磷盐配比及加料方式作出改变，通过慢速加料，且加入到高温下的磷盐溶液中的铁盐迅速与磷盐反应生成白色磷酸盐，减少了黄色中间体产生，使得磷酸铁包裹更紧密，从而提高了磷酸铁振实密度及电容量。

将上述实施例制得的磷酸铁按照常规方法制备成磷酸铁锂，重复三次，并分别对磷酸铁锂的电化学性能进行测试，结果如下表1所示：

表1磷酸铁锂电化学性能测试结果表

从上表可以看出，采用本发明方案制得的磷酸铁制备成磷酸铁锂后具有良好的电化学性能，压实密度均可达2.5以上，比容量高，充放电性能好。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。