用于制备磷酸铁锂材料的磷酸铁的制备方法技术

本发明专利技术用于制备磷酸铁锂材料的磷酸铁的制备方法，它涉及重金属磷酸盐，其步骤是：将分析纯可溶性铁盐溶于蒸馏水，配制成０．０５～５Ｍ的水溶液，加入质量为铁盐质量０．０１～３％的阴离子表面活性剂，然后按照摩尔比为Ｆｅ↑［３＋］∶ＰＯ↓［４］↑［３－］＝１∶０．８～１．２的比例加入分析纯磷酸并搅拌均匀，在搅拌状态下缓慢加入浓度为１～９Ｍ的碱性溶液，加料时间大于１小时，直到溶液ｐＨ值达到６～７，将磷酸铁沉淀物质过滤，过滤出的磷酸铁用其重量２～５倍的蒸馏水洗涤３～５遍，在真空条件下，于６０～９０℃范围内烘干，得到产品ＦｅＰＯ↓［４］.２Ｈ↓［２］Ｏ粉体。本发明专利技术方法制得的带有两个结晶水的磷酸铁产品，具有很高的反应活性，用它制成的磷酸铁锂材料性能优于用市售磷酸铁产品制成的磷酸铁锂材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的技术方案涉及重金属磷酸盐，具体地说是用于制备磷酸铁锂材料的磷酸铁 的制备方法。
技术介绍
磷酸铁锂由于具有高理论容量(170mAh/g)、高工作电压(3.5V左右的电压平台)、 适当的的质量密度(3.64g/cm:i)、自放电小，在低电流密度下LiFeP04中的Li+几乎可以 100%嵌入/脱嵌、循环寿命长、循环性能好、无记忆效应、价格低廉、热稳定性好、对环 境友好等优点，有望取代成本较高的LiCo02成为新一代锂离子电池正极材料。目前，固相反应法是磷酸铁锂材料合成的主要方法。在CN 1581537、 CN 1753216、 CN 1958440 、 CN 1958441和CN 1884053所公开的磷酸铁锂材料制备方法中，都提到用 磷酸铁作为主要合成原料。然而这些文献中均未提出高活性的磷酸铁原料的制备方法。根据实验证明，不同方法制备的磷酸铁材料的性能差异很大，用其制造的磷酸铁锂 材料的性能波动也很大。传统工业生产磷酸铁的方法是用磷酸和三氯化铁在密封容器中 于180-19(TC反应2-3小时制成的；另一种方法是用亚铁盐在氧化剂存在下加入磷酸制 成。上述方法制得的磷酸铁经过滤、洗涤、干燥后成为市售磷酸铁成品。用市售磷酸铁 成品制造的磷酸铁锂，不仅堆积密度较低，而且电化学容量较差(不超过130mAh/g， 0.2C)。经分析发现，市售的磷酸铁产品都具有完整的晶粒结构，反应活性不高，锂离子 在其中扩散十分困难，很难在随后的烧结过程中插入锂离子而形成适用于锂离子电池正极材料的磷酸铁锂晶体，因此用市售磷酸铁成品制造的磷酸铁锂材料的性能较差。 专利技术内容本专利技术所要解决的技术问题是提供。 用本专利技术方法制造得到的带有两个结晶水的磷酸铁材料，具有与磷酸铁锂相似的晶体结 构，克服了市售的磷酸铁产品有完整的晶粒结构，反应活性不高，锂离子在其中扩散十 分困难，很难在随后的烧结过程中插入锂离子而形成适用于锂离子电池正极材料的磷酸铁锂晶体的缺点，从而提高了磷酸铁锂材料的性能。本专利技术解决该技术问题所采用的技术方案是用于制备磷酸铁锂材料的磷酸铁的制 备方法，其步骤是首先将分析纯可溶性铁盐溶于蒸馏水，配制成0.05 5M的水溶液， 加入质量为铁盐质量0. 01 3%的阴离子表面活性剂，使铁离子形成表面活性剂包裹的胶束，然后按照摩尔比为Fe3+ : P04:'—=1 : 0.8 1.2的比例加入分析纯磷酸并搅拌均匀，在 搅拌状态下缓慢加入浓度为1 9 M的碱性溶液，加料时间大于l小时，直到溶液pH值 达到6 7，将磷酸铁沉淀物质过滤，过滤出的磷酸铁用其重量2 5倍的蒸馏水洗漆3 5遍，在真空条件下，于60 90 'C范围内烘干，得到产品FeP(V2H20粉体。 上述可溶性铁盐为三氯化铁、硝酸铁或硫酸铁。上述的阴离子表面活性剂为十二垸基苯磺酸钠、烯基磺酸钠或十二垸基硫酸钠。 上述的碱性溶液为NaOH、 KOH水溶液或氨水。 上述的可溶性铁盐和磷酸的纯度并不局限于分析纯级。 本专利技术的有益效果是-本专利技术方法制得的带有两个结晶水的磷酸铁产品，具有很高的反应活性，也具有与 磷酸铁锂相似的晶体结构，在随后的烧结过程中失去结晶水，结晶水的逸出，会使晶体 结构出现发达的分子级的孔隙，破坏了完整的晶粒结构，由此形成内部缺陷，使反应活 性显著增加。该磷酸铁产品经过脱水后疏松度增加，因而具有高比表面和高活性、同时 具有大量亚微米结构。这样的结构有利于锂离子进入磷酸铁内，迅速生成磷酸铁锂。用 该产品制成的磷酸铁锂材料粒径均一，晶相纯净，电化学性能十分稳定，其性能优于用 市售磷酸铁产品制成的磷酸铁锂材料(见表1)。表1不同磷酸铁产品制成的磷酸铁锂材料的性能比较<table>complex table see original document page 4</column></row><table>另外，用本专利技术方法制得的磷酸铁产品来制备磷酸铁锂材料，与用市售磷酸铁产品相比，所需要的反应温度低、时间短(见表2)。表2用不同磷酸铁产品制备磷酸铁锂材料反应条件对比<table>complex table see original document page 4</column></row><table>具体实施例方式实施例1将分析纯的三氯化铁溶于蒸馏水，配制成0.05 M的水溶液，加入质量为三氯化铁 质量0.01%的十二烷基苯磺酸钠，使铁离子形成表面活性剂包裹的胶束，然后按照摩尔 比为Fe3+ : P0/_=1 : 0.8的比例加入分析纯磷酸并搅拌均匀，在搅拌状态下缓慢加入1M 浓度的NaOH水溶液，加料时间大于l小时，直到溶液pH值达到6，将生成的磷酸铁沉 淀物质过滤，过滤出的磷酸铁用其重量2倍的蒸馏水洗涤3遍，在真空条件下，于60 'C 烘干，得到产品FeP(V2H20粉体。 实施例2将分析纯硝酸铁溶于蒸馏水，配制成5M的水溶液，加入质量为硝酸铁质量3%的烯 基磺酸钠，使铁离子形成表面活性剂包裹的胶束，然后按照摩尔比为Fe" : P0/—=1 : 1.2 的比例加入分析纯磷酸并搅拌均匀，在搅拌状态下缓慢加入9 M的KOH水溶液，加料时 间大于1小时，直到溶液pH值达到7，将生成的磷酸铁沉淀物质过滤，过滤出的磷酸铁 用其重量5倍的蒸馏水洗涤，共洗涤5遍，在真空条件下，于90 'C烘干，得到产品FeP04 2H20粉体。 实施例3将分析纯硫酸铁溶于蒸馏水，配制成0.5M的水溶液，加入质量为硫酸铁质量0. 1% 的十二烷基硫酸钠，使铁离子形成表面活性剂包裹的胶束，然后按照摩尔比为Fe3+: POV'—=1 : 1.0的比例加入分析纯磷酸并搅拌均匀，在搅拌状态下缓慢加入3M的氨水溶液， 加料时间大于l小时，直到溶液pH值达到6，将生成的磷酸铁沉淀物质过滤，过滤出的 磷酸铁用其重量3倍的蒸馏水洗涤4遍，在真空条件下，于80 'C烘干，得到产品FeP(X 2H20粉体。 实施例4将分析纯三氯化铁溶于蒸馏水，配制成0.3M的水溶液，加入质量为三氯化铁质量 1%的十二烷基苯磺酸钠，使铁离子形成表面活性剂包裹的胶束，然后按照摩尔比为Fe3+ : P043-=1 : 1. 1的比例加入分析纯磷酸并搅拌均匀，在搅拌状态下缓慢加入2 M的NaOH水 溶液，加料时间大于l小时，直到溶液PH值达到7，将生成的磷酸铁沉淀物质过滤，过 滤出的磷酸铁用其重量2倍的蒸馏水洗涤5遍，在真空条件下，于60 'C烘干，得到产 品FeP(V2H20粉体。权利要求1.，其特征在于其步骤是首先将分析纯可溶性铁盐溶于蒸馏水，配制成0.05～5M的水溶液，加入质量为铁盐质量0.01～3％的阴离子表面活性剂，使铁离子形成表面活性剂包裹的胶束，然后按照摩尔比为Fe3+∶PO43-＝1∶0.8～1.2的比例加入分析纯磷酸并搅拌均匀，在搅拌状态下缓慢加入浓度为1～9 M的碱性溶液，加料时间大于1小时，直到溶液pH值达到6～7，将磷酸铁沉淀物质过滤，过滤出的磷酸铁用其重量2～5倍的蒸馏水洗涤3～5遍，在真空条件下，于60～90℃范围内烘干，得到产品FePO4·2H2O粉体。2. 根据权利要求1中所本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于制备磷酸铁锂材料的磷酸铁的制备方法，其特征在于其步骤是：首先将分析纯可溶性铁盐溶于蒸馏水，配制成０．０５～５Ｍ的水溶液，加入质量为铁盐质量０．０１～３％的阴离子表面活性剂，使铁离子形成表面活性剂包裹的胶束，然后按照摩尔比为Ｆｅ↑［３＋］∶ＰＯ↓［４］↑［３－］＝１∶０．８～１．２的比例加入分析纯磷酸并搅拌均匀，在搅拌状态下缓慢加入浓度为１～９Ｍ的碱性溶液，加料时间大于１小时，直到溶液ｐＨ值达到６～７，将磷酸铁沉淀物质过滤，过滤出的磷酸铁用其重量２～５倍的蒸馏水洗涤３～５遍，在真空条件下，于６０～９０℃范围内烘干，得到产品ＦｅＰＯ↓［４］.２Ｈ↓［２］Ｏ粉体。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：梁广川，欧秀芹，王丽，郅晓科，崔军燕，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：12[]