无定形纳米球形活性磷酸铁水合物及其制备方法和应用技术

无定形纳米球形活性磷酸铁水合物及其制备方法和应用，所述无定形纳米球形活性磷酸铁水合物的制备方法包括以下步骤：（1）制备缓释剂溶液1；（2）制备表面活性剂溶液2；（3）混合缓释剂溶液1和表面活性剂溶液2，得溶液A；（4）制备九水硝酸铁溶液；（5）将九水硝酸铁溶液滴加到溶液A中，制得溶液B；（6）往溶液B中加入磷酸溶液，制得溶液C；（7）将溶液C转入聚四氟乙烯内胆反应釜中水热反应，冷却后分离并干燥得到白色粉末，即为无定形纳米球形活性磷酸铁水合物。该方法制备过程反应时间短、产物粒径小且均匀，通过该方法制备的磷酸铁水合物锂化得到的磷酸铁锂振实密度较大，最终得到的电池产品具有良好的高倍率充放电性能。

Amorphous nano spherical active ferric phosphate hydrate and preparation method and application thereof

Amorphous nano spherical activated iron phosphate hydrate and preparation method and application thereof. The preparation method of amorphous nano spherical activated iron phosphate hydrate comprises the following steps: (1) preparation of sustained-release agent solution 1; (2) preparation of surfactant solution 2; (3) mixed solution and surface 1 release agent surfactant solution 2, solution A; (4) preparation of water solution of nine iron nitrate; (5) the solution of nine water drops of ferric nitrate added to the solution A, prepared solution B; (6) to add phosphoric acid solution B, prepared solution C; (7) the solution C into PTFE ethylene tank reactor cooling water thermal reaction, separation and drying to obtain white powder is amorphous nano spherical activated iron phosphate hydrate. The preparation process of short reaction time, particle size is small and uniform, iron phosphate lithium hydrate prepared by the method of lithium iron phosphate tap density is large, the final product has a battery charge discharge performance at high rate.

【技术实现步骤摘要】
无定形纳米球形活性磷酸铁水合物及其制备方法和应用
本专利技术涉及锂电池正极材料
，特别涉及一种无定形纳米球形活性磷酸铁水合物及其制备方法和应用。
技术介绍
磷酸铁锂电池因其安全稳定、原料便宜且储量丰富得到广泛应用，但同时因其电导率相对较低，应用范围受到一定影响。为提高电导率，通常需要合成纳米级磷酸铁锂，但将材料做至纳米级后，材料的振实密度有所降低，从而使最终电池产品的能量密度降低（也就是说，要想提高电导率，就需要将材料粒径做得更小，而粒径做小将导致振实密度降低，从而导致能量密度降低）。目前在LiFePO4的合成中，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：FeSO4；FeCl2；NH4FeSO4)，使生产成本增加。此外，生产中为简化工序，降低成本，采用“一步法”（即一次合成LiFePO4）合成LiFePO4,比“二步法”（先合成FePO4,再合成LiFePO4）合成的材料的性能稍差些。其他合成方法，如微波法，其性能相对较差，设备较贵；使用碳纳米管，性能较好，但成本较高，且难以工业化生产。专利号为“201410316789.1”的中国专利技术专利公开了一种3D微纳结构球形活性磷酸铁的制备方法，其使用廉价的三价铁源，结合表面活性剂，合成了具有特殊电化学活性的“3D微纳结构”磷酸铁材料。该材料能极好地为后期锂化后得到的LiFePO4电极材料提供结构基础，克服了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。然而该方法需在100℃水浴条件下反应2天（或150-200℃油浴条件下反应2-8小时，油浴反应过快，得到的球形磷酸铁粒度均匀性稍差且平均粒径比水浴略大一些），并且上述专利中由纳米片形成的球形磷酸铁（磷酸铁水合物）平均粒径为1.5μm，反应时间偏长在一定程度上限制了该方法的工业应用。若能在保证同样振实密度的前提下，缩小球形磷酸铁（磷酸铁水合物）粒径并缩短反应时间，这对于该方法的实际工业应用将具有突破性意义。参考文献：1.L.Wang,G.C.Liang,X.Q.Ou,X.K.Zhi,J.P.Zhang,J.Y.Cui.EffectofsynthesistemperatureonthepropertiesofLiFePO4/Ccompositespreparedbycarbothermalreduction.JournalofPowerSources.2009,189,423-428。2.BingZhao,YongJiang,HaijiaoZhang,HaihuaTao,MingyangZhong,ZhengJiao.MorphologyandelectricalpropertiesofcarboncoatedLiFePO4cathodematerials.JournalofPowerSources.2009,189,462-466。3.YongminWu,ZhenhaiWen,JinghongLi.HierachicalCarbon-coatedLiFePO4NanoplatemicrosphereswithhighelectrochemicalperformanceforLi-ionbatteries.AdvancedMaterials.2011,23,1126-1129。4.Lung-HaoHu,Feng-YuWu,Cheng-TeLin,AndreiN.Khlobystov,Lain-JongLi.Graphene-modifiedLiFePO4cathodforlithiumionbatteriesbeyongtheoreticalcapacity.NatureCommunications.DOI:10.1038/ncomms2705。5.FeiCheng,ShuaiWang,An-HuiLu,Wen-CuiLi.ImmobilizationofnanosizedLiFePO4spheresby3Dcoralloidcarbonstructurewithlargeporevolumeandthinwallsforhighpowerlithiumionbatteries.JournalofPowerSources.2013,229,249-257。6.JiangfengQian,MinZhou,YuliangCao,XinpingAi,HanxiYang.Template-freehydrothermalsynthesisofNanoembossedMesoporousLiFePO4microspheresforhigh-performancelithiumionbatteries.JournalofPhysicalChemistryC.2010,114,3477-3482。7.ChunwenSun,ShreyasRajasekhara,JohnB.Goodenough,FengZhou.JournaloftheAmericanChemicalSociety.2011,133,2132-2135。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种反应时间短、产物粒径小且均匀的无定形纳米球形活性磷酸铁水合物的制备方法，通过该方法制备得到的磷酸铁水合物锂化后得到的磷酸铁锂振实密度较大，制备成电池产品具有良好的高倍率充放电性能。为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种无定形纳米球形活性磷酸铁水合物的制备方法，包括以下步骤：（1）取缓释剂溶解于蒸馏水中，得溶液1；所述缓释剂与蒸馏水的质量比为（1-6）︰50；（2）取表面活性剂溶解于蒸馏水中，得溶液2；所述表面活性剂与蒸馏水的质量比为（1-3）︰100；（3）混合溶液1和溶液2，得溶液A；（4）称取分析纯的九水硝酸铁作为铁源，溶解于蒸馏水中，得九水硝酸铁溶液；所述九水硝酸铁与蒸馏水的质量比为（0.2-4）︰90；（5）将步骤（4）所得九水硝酸铁溶液滴加到步骤（3）所得溶液A中，搅拌混合均匀后得溶液B；所述九水硝酸铁溶液与溶液A的质量比为（0.84-0.93）：1；（6）取磷酸溶液，所述磷酸溶液中的磷酸与步骤（4）称取的九水硝酸铁摩尔比为1:（0.8-1.2）；将磷酸溶液加入步骤（5）所得溶液B中，搅拌混合均匀后得溶液C；（7）将步骤（6）所得溶液C转入水热反应釜中，在80-100℃水浴条件下反应2-8小时；（8）冷却后再固液分离，所得固体产物洗涤后分离得到白色沉淀；将所述白色沉淀烘干后得白色粉末，即为无定形纳米球形活性磷酸铁水合物。优选的，在上述实施方案中，步骤（1）中所述缓释剂为尿素。优选的，在上述实施方案中，步骤（2）中所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠或十六烷基三甲基溴化铵。优选的，在上述实施方案中，步骤（6）中的磷酸溶液质量浓度为85%。作为本专利技术的另一方面，一种无定形纳米球形活性磷酸铁水合物，采用上述方法制备得到。基于上述方法制备得到的无定形纳米球形活性磷酸铁水合物，将其应用于制备磷酸铁锂，用上述无定形纳米球形活性磷酸铁水合物制备磷酸铁锂的方法，包括以下步骤：（1）称取前述方法制备得到的无定形纳米球形活性磷酸铁水合物；（2）按照本文档来自技高网...

【技术保护点】
无定形纳米球形活性磷酸铁水合物的制备方法，包括以下步骤：取缓释剂溶解于蒸馏水中，得溶液1；所述缓释剂与蒸馏水的质量比为（1‑6）︰50；（2）取表面活性剂溶解于蒸馏水中，得溶液2；所述表面活性剂与蒸馏水的质量比为（1‑3）︰100；（3）混合溶液1和溶液2，得溶液A；（4）称取分析纯的九水硝酸铁作为铁源，溶解于蒸馏水中，得九水硝酸铁溶液；所述九水硝酸铁与蒸馏水的质量比为（0.2‑4）︰90；（5）将步骤（4）所得九水硝酸铁溶液滴加到步骤（3）所得溶液A中，搅拌混合均匀后得溶液B；所述九水硝酸铁溶液与溶液A的质量比为（0.84‑0.93）：1；（6）取磷酸溶液，所述磷酸溶液中的磷酸与步骤（4）称取的九水硝酸铁摩尔比为1: （0.8‑1.2）；将磷酸溶液加入步骤（5）所得溶液B中，搅拌混合均匀后得溶液C；将步骤（6）所得溶液C转入水热反应釜中，在80‑100℃水浴条件下反应2‑8小时；冷却后再固液分离，所得固体产物洗涤后分离得到白色沉淀；将所述白色沉淀烘干后得白色粉末，即为无定形纳米球形活性磷酸铁水合物。

【技术特征摘要】
1.无定形纳米球形活性磷酸铁水合物的制备方法，包括以下步骤：取缓释剂溶解于蒸馏水中，得溶液1；所述缓释剂与蒸馏水的质量比为（1-6）︰50；（2）取表面活性剂溶解于蒸馏水中，得溶液2；所述表面活性剂与蒸馏水的质量比为（1-3）︰100；（3）混合溶液1和溶液2，得溶液A；（4）称取分析纯的九水硝酸铁作为铁源，溶解于蒸馏水中，得九水硝酸铁溶液；所述九水硝酸铁与蒸馏水的质量比为（0.2-4）︰90；（5）将步骤（4）所得九水硝酸铁溶液滴加到步骤（3）所得溶液A中，搅拌混合均匀后得溶液B；所述九水硝酸铁溶液与溶液A的质量比为（0.84-0.93）：1；（6）取磷酸溶液，所述磷酸溶液中的磷酸与步骤（4）称取的九水硝酸铁摩尔比为1:（0.8-1.2）；将磷酸溶液加入步骤（5）所得溶液B中，搅拌混合均匀后得溶液C；将步骤（6）所得溶液C转入水热反应釜中，在80-100℃水浴条件下反应2-8小时；冷却后再固液分离，所得固体产物洗涤后分离得到白色沉淀；将所述白色沉淀烘干后得白色粉末，即为无定形纳米球形活性磷酸铁水合物。2.根据权利要求1所述的无定形纳米球形活性磷酸铁水合物的制备方法，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：娄晓明，廖方正，李嘉敏，
申请(专利权)人：湖南工学院，
类型：发明
国别省市：湖南,43