一种3D微纳结构球形活性磷酸铁的制备方法，包括以下步骤：（1）制备表面活性剂溶液；（2）制备九水硝酸铁溶液；（3）将九水硝酸铁溶液滴加到表面活性剂溶液中，得溶液A；（4）称取H3PO4溶液，将磷酸溶液加入溶液A中，搅拌混合30～240分钟，得澄清透明溶液B；（5）将所得澄清透明溶液B在80～100℃水浴条件下反应2~4天，或150～200℃油浴条件下反应2～8小时；（6）冷却，再固液分离，洗涤，离心分离，得白色沉淀；将白色沉淀于80～110℃烘干，即得。本发明专利技术所得磷酸铁材料，锂化后得到LiFePO4正极材料，同时具有良好的高倍率充放电性能和较好的振实密度。
【技术实现步骤摘要】
一种3D微纳结构球形活性磷酸铁的制备方法
本专利技术涉及一种磷酸铁的制备方法，尤其是涉及一种3D微纳结构球形活性磷酸 铁的制备方法。
技术介绍
目前，磷酸铁锂电池电导率都较低，为提高电导率，将材料做成纳米级，但将材料 做成纳米级后，材料的振实密度有所降低，从而使最终电池产品的功率降低。而且，目前在 LiFePOj^合成中，为保证产品质量，往往采用价格昂贵的二价铁（常用二价铁原料：FeS04 ; FeCl2 ;NH4FeS04)，纳米材料自组装成为微米材料，该方法能在一定程度提高性能，但往往或 价格昂贵，或步骤复杂，或最终性能未尽如人意，成为最终产品价格高企的一个重要原因。 采用微波法，产品性能相对较差，设备贵；水热法要用到高压水热釜，设备贵，合成步骤复 杂，且安全性差，容易出事故；采用掺杂法制备得到的产品性能难以同时兼具良好高倍率充 放电性能和较高的振实密度。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种振实密度较大的3D 微纳结构球形活性磷酸铁的制备方法，制备得到的磷酸铁，锂化后制备的电池，充放电性 能、倍率性能较好。 本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是，一种3D微纳结构球形活性磷酸铁 的制备方法，具体包括以下步骤： (1) 称取1?5克表面活性剂，溶解于200ml蒸馏水中，搅拌溶解，得表面活性剂溶 液； 所述表面活性剂优选十二烷基硫酸钠（缩写SDS)或十六烷基三甲基溴化铵； (2) 称取九水硝酸铁[Fe(N03)3 · 9H20]，作为铁源，溶解于90ml蒸馏水中，所述九水硝 酸铁与蒸馏水的质量比为（〇. 2?4) :90,搅拌15?240分钟，得九水硝酸铁溶液； (3) 将步骤（2)所得九水硝酸铁溶液滴加到步骤（1)所得表面活性剂溶液中，搅拌15? 240分钟，得溶液A ; 该过程中表面活性剂包裹在Fe3+周围，使之形成均匀透明溶液； (4) 称取Η3Ρ04溶液(所述Η3Ρ04溶液的质量浓度优选75?85wt%)，所述Η 3Ρ04溶液中 的Η3Ρ04与步骤（2)称取的Fe(N0 3)3 · 9H20摩尔比为1 : (0. 8?1. 2);将磷酸溶液加入步骤 (3)所得溶液A中，搅拌混合30?240分钟，得澄清透明溶液B ; 此过程中反应方程式为：Fe3++ P043 - FeP04 (5) 将步骤（4)所得澄清透明溶液B在80?10(TC水浴条件下反应2~4天，或150? 200°C油浴条件下反应2?8小时； (6) 室温自然冷却，再固液分离，所得固体产品用乙醇和蒸馏水交替洗涤，各洗涤1?5 次，离心分离，得白色沉淀；将白色沉淀于80?11(TC烘干，得白色粉末，即为具有3D微纳 结构的 FeP04 · 2H20。 本专利技术所得3D微纳结构的FeP04 · 2H20的优势： (1) 单个的纳米片能最大限度的缩短锂离子、电子在材料中传导的路径，提高电导率； (2) 整体而成的微米球能最大限度的提高材料的振实密度，从而提高最终产品电池的 功率；本专利技术所得3D微纳结构的FeP04 ·2Η20,锂化后得到的LiFeP04的振实密度为1. 50? 1. 54g/cm3 ;(现有技术所得材料的振实密度为1. 1?1. 2 g/cm3); (3) 纳米片之间的微小缝隙能使电解液渗透到材料中，最大限度的促进锂离子、电子在 材料中的传导，提高电导率。 本专利技术使用廉价的三价铁源，结合表面活性剂，通过水浴法合成具有特殊电化 学活性的3D微纳结构磷酸铁材料。该特殊结构的材料能极好的为后期锂化后得到的 LiFeP04电极材料提供结构基础，克服以往材料中纳米材料振实密度较低、微米材料电化 学性能不好的缺点，锂化后得到的LiFeP0 4正极材料，同时具有良好的高倍率充放电性能 和较好的振实密度。本专利技术通过使用合成条件相对简单的水浴法合成3D微纳结构的 FeP04 · 2H20,后经锂化得到LiFeP04，能简化合成条件，节能降耗，提高产率，降低成本。而 且，本专利技术采用价格低廉的三价铁源，能极大的降低成本，达到绿色环保、节能降耗的目标。 【附图说明】 图1为本专利技术实施例1所得FeP04 · 2H20多个3D微纳结构扫描电镜图； 图2为本专利技术实施例1所得FeP04 · 2H20单个3D微纳结构FeP04 · 2H20扫描电镜图； 图3为本专利技术实施例1所得FeP04 · 2H20锂化后得到的最终产品3D微纳结构LiFeP04 扫描电镜图； 图4是本专利技术实施例1所得LiFeP04正极材料组装成电池在不同倍率下的充放电比容 量图； 图5是本专利技术实施例1所得LiFeP04正极材料组装成电池在高倍率下循环100圈时的 放电比容量图。 【具体实施方式】 以下结合具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。 实施例1 本实施例包括以下步骤： (1) 称取2. 5克十二烷基硫酸钠（SDS)，溶解于200ml蒸馏水中，搅拌30分钟，得表面 活性剂溶液； (2) 称取1.01克（2. 5 mmol)Fe(N03)3,9H20,作为铁源，溶解于90ml蒸馏水中，搅拌30 分钟，得九水硝酸铁溶液； (3) 将步骤（2)所得九水硝酸铁溶液滴加到步骤（1)所得表面活性剂溶液中，搅拌30 分钟，得溶液A ; (4) 称取质量浓度为85%的Η3Ρ04溶液，所述Η3Ρ04溶液中Η 3Ρ04与步骤（2)称取的 Fe(N03)3 ·9Η20摩尔比为1 :1 ;将磷酸溶液加入步骤（3)所得溶液A中，搅拌混合1小时，得 澄清透明溶液B; (5) 将步骤（4)所得澄清透明溶液B在10(TC水浴条件下反应2天； (6) 室温自然冷却，，再固液分离，所得固体产品用乙醇和蒸馏水交替洗涤，分别洗涤3 次，离心分离，得白色沉淀；将白色沉淀于110°C烘干，得白色粉末，即为具有3D微纳结构的 FeP04 · 2H20〇 本实施例所得白色粉末为具有3D微纳结构的FeP04 · 2H20,其多个3D微纳结构 FeP04 · 2H20扫描电镜图如图1所示，其单个3D微纳结构FeP04 · 2H20扫描电镜图如图2所 示。从图1、图2中可以看出，该3D微纳结构FeP04 · 2H20由平均单个厚度30nm，平均长度 150nm，平均宽度50nm的纳米片自组装成平均直径为1. 5 μ m的微米球，所以该结构称为3D 微纳结构。 本实施例所得3D微纳结构的FeP04 ·2Η20的应用：最终产品磷酸铁锂（LiFeP04M3 合成(现有技术）： (1) 称取本实施例得到的3D微纳结构FeP04 · 2H20 ; (2) 按照每1摩尔的二水磷酸铁称取50克聚乙二醇，根据LiOH和二水磷酸铁的摩尔比 为 1: 1. 1 称取 LiOH ; (3) 将FeP04 · 2H20、PEG和LiOH在玛瑙研钵中混合均勻，得到糊状产物； (4) 将糊状产物放入氩气气氛下，于450?850°C煅烧3?10小时； (5) 自然冷却，得到黑色产物，即为3D微纳结构LiFeP04。 由于混合的原料中含有有机物PEG，该物质经过煅烧，产生大量的C (碳)包覆在3D 微纳结构LiFeP04的表面，使得材料的导电率进一步本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种3D微纳结构球形活性磷酸铁的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）称取1～5克表面活性剂,溶解于200ml 蒸馏水中，搅拌溶解，得表面活性剂溶液；（2）称取九水硝酸铁，作为铁源，溶解于90ml蒸馏水中，所述九水硝酸铁与蒸馏水的质量比为（0.2～4）:90,搅拌15～240分钟，得九水硝酸铁溶液；（3）将步骤（2）所得九水硝酸铁溶液滴加到步骤（1）所得表面活性剂溶液中，搅拌15～240分钟，得溶液A；（4）称取H3PO4溶液，所述H3PO4溶液中的H3PO4与步骤（2）称取的Fe(NO3)3·9H2O摩尔比为1:（ 0.8～1.2）；将磷酸溶液加入步骤（3）所得溶液A中，搅拌混合30～240分钟，得澄清透明溶液B；（5）将步骤（4）所得澄清透明溶液B在80～100℃水浴条件下反应2~4天，或150～200℃油浴条件下反应2～8小时； （6）室温自然冷却，再固液分离，所得固体产品用乙醇和蒸馏水交替洗涤，各洗涤1～5次，离心分离，得白色沉淀；将白色沉淀于80～110℃烘干，得白色粉末，即为具有3D微纳结构的FePO4·2H2O。
【技术特征摘要】
1. 一种3D微纳结构球形活性磷酸铁的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 称取1?5克表面活性剂，溶解于200ml蒸馏水中，搅拌溶解，得表面活性剂溶 液； (2) 称取九水硝酸铁，作为铁源，溶解于90ml蒸馏水中，所述九水硝酸铁与蒸馏水的质 量比为（0. 2?4) : 90,搅拌15?240分钟，得九水硝酸铁溶液； (3) 将步骤（2)所得九水硝酸铁溶液滴加到步骤（1)所得表面活性剂溶液中，搅拌15? 240分钟，得溶液A ; (4) 称取Η3Ρ04溶液，所述Η3Ρ04溶液中的Η 3Ρ04与步骤（2)称取的Fe (N03) 3 · 9H20摩尔 比为1: ( 0. 8?1. 2);将磷酸溶液加入步骤（3)所得溶液A中，搅拌混合30?24...
【专利技术属性】
技术研发人员：娄晓明，
申请(专利权)人：湖南工学院，
类型：发明
国别省市：湖南;43
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