磷酸铁及磷酸铁锂的生产方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种磷酸铁及磷酸铁锂的生产方法和应用；磷酸铁的生产方法包括以下步骤：(1)将氯化亚铁、双氧水、盐酸在水中混合反应，得到氯化铁溶液；(2)将氯化铁溶液与植酸、磷酸盐在水中混合反应，得到磷酸铁前驱体液；(3)将磷酸铁前驱体液过滤、干燥、煅烧，得到磷酸铁。本发明专利技术通过植酸和磷酸盐的搭配使用，使制备得到的磷酸铁锂低温性能显著提升。同时，本发明专利技术直接制备氯化铁溶液，并将氯化铁溶液直接用于生产磷酸铁，相较于传统的使用氯化铁粉体原料的方法，节省了氯化铁干燥、配置浆料的过程，大大节省了生产成本。大大节省了生产成本。大大节省了生产成本。

【技术实现步骤摘要】
磷酸铁及磷酸铁锂的生产方法和应用


[0001]本专利技术涉及电池
，具体涉及一种磷酸铁及磷酸铁锂的生产方法和应用。

技术介绍

[0002]随着全世界石油资源的不断减少和汽车尾气对环境污染的日益严重，混合电动车(HEV)和电动车(EV)己成为将来燃油驱动汽车的替代者而备受关注，而移动电源系统是作为电动汽车的关键部件之一。因此，高性能(即高比能量、长寿命、安全性)、低成本和环境友好的电池将成为移动电源产业发展的重点和热点。锂离子电池正是为适应这一需求而发展起来的新一代绿色高能充电电池。它具有电压高、体积小、质量轻、比能量高、无记忆效应、无污染、自放电小、寿命长等突出优点。
[0003]自1997年Padhi等人报道具有橄榄石结构的磷酸铁锂材料可以用作锂离子电池的正极材料，由于其价格便宜、环保无污染、不吸潮、热稳定性好等优点，成为目前最具潜力的正极材料之一，为广大科研机构和商业机构所关注。近年来，许多科研工作者对该材料做了大量的研究、开发和改进，目前该材料已经逐步走向商业化，并运用于高容量、高功率和长寿命型锂离子电池市场当中。磷酸铁锂代表着动力电池正极材料的未来发展方向。
[0004]目前，固相合成法是制备商业用磷酸铁锂的主要方法，但是由于二价铁源成本高、保存困难且合成的磷酸铁锂粒径大、均匀性差等缺陷难以满足动力型锂离子电池的需求。所以采用价廉且性能稳定的三价铁代替二价铁作铁源，合成磷酸铁为前驱体制备磷酸铁锂。合成磷酸铁的合成方法通常是用三氯化铁或硝酸铁溶液与磷酸反应，然后在高温下使氯化氢或硝酸分解挥发，得到磷酸铁。
[0005]但是，磷酸铁锂由于其固有的特性(室温下其电子导电率和离子扩散速率低，分别为10
‑8‑
10
‑
10
S/cm和10
‑
12
‑
10
‑
14
cm2/s)导致磷酸铁锂作为正极材料的电池在低温下时充放电性能都有显著衰减。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种磷酸铁及磷酸铁锂的生产方法和应用，能够显著提升其低温性能。
[0007]为了实现以上目的，本专利技术采用的技术方案：
[0008]本专利技术公开了一种磷酸铁的生产方法，包括以下步骤：
[0009](1)将氯化亚铁、双氧水、盐酸在水中混合反应，得到氯化铁溶液；
[0010](2)将步骤(1)得到的氯化铁溶液与植酸、磷酸盐在水中混合反应，得到磷酸铁前驱体液；
[0011](3)将步骤(2)得到的磷酸铁前驱体液过滤、干燥、煅烧，得到磷酸铁。
[0012]作为优选的技术方案，所述步骤(2)中，磷酸盐包括但不限于H3PO4、(NH4)3PO4、(NH4)2HPO4、(NH4)H2PO4中的一种或几种混合。
[0013]作为优选的技术方案，所述步骤(2)中，植酸与磷酸盐的摩尔比为1:999
‑
999:1。
[0014]作为优选的技术方案，所述步骤(2)中，往反应体系中加入碱液，将pH值控制为小于7。
[0015]作为优选的技术方案，所述碱液包括但不限于氨水、氢氧化钠溶液、醋酸钠溶液、醋酸铵溶液中的一种或几种混合。
[0016]作为优选的技术方案，所述步骤(2)中，反应为常温反应。
[0017]作为优选的技术方案，所述步骤(3)中，磷酸铁前驱体液过滤前加入碱液稀释或磷酸铁前驱体液过滤时加入碱液洗涤。
[0018]作为优选的技术方案，所述步骤(3)中，煅烧温度为100
‑
800℃。
[0019]本专利技术还公开了上述生产方法生产的磷酸铁。
[0020]本专利技术还公开了一种磷酸铁锂的生产方法，将所述的磷酸铁与锂盐、碳源在水中混合，然后干燥、煅烧，得到磷酸铁锂。
[0021]本专利技术还公开了上述生产方法生产的磷酸铁锂在锂离子电池正极材料中的应用。
[0022]本专利技术的有益效果：
[0023]本专利技术利用植酸和磷酸盐形成磷酸基团作为磷源，与氯化铁合成磷酸铁，然后将该磷酸铁为前驱体制备磷酸铁锂。本专利技术通过植酸和磷酸盐的搭配使用，使制备得到的磷酸铁锂的低温性能显著提升。
[0024]同时，本专利技术直接制备氯化铁溶液，并将氯化铁溶液直接用于生产磷酸铁，相较于传统的使用氯化铁粉体原料的方法，节省了氯化铁干燥、配置浆料的过程，大大节省了生产成本。
附图说明
[0025]图1是由氯化亚铁制备磷酸铁的工艺流程图；
[0026]图2是由氯化亚铁制备氯化铁的装置结构图；
[0027]图3是由氯化铁制备磷酸铁的装置结构图；
[0028]图4是由磷酸铁制备磷酸铁锂的工艺流程图；
[0029]图5是由磷酸铁制备磷酸铁锂的装置结构图；
[0030]图6是实施例1制得的磷酸铁锂的SEM图；
[0031]图7是实施例1的磷酸铁锂制成扣式电池在
‑
20℃下0.2C放电比容量图；
[0032]图8是实施例2的磷酸铁锂制成扣式电池在
‑
20℃下0.2C放电比容量图；
[0033]图9是对比例1的磷酸铁锂制成扣式电池在
‑
20℃下0.2C放电比容量图。
具体实施方式
[0034]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本专利技术作进一步阐述。
[0035]实施例1
[0036]如图1至图5所示，采用如下步骤制备磷酸铁锂：
[0037](1)将氯化亚铁、双氧水、盐酸加入氯化铁反应釜中，混合搅拌反应，得到的氯化铁溶液泵入氯化铁罐中暂存。
[0038](2)将步骤(1)得到的氯化铁溶液、植酸、(NH4)H2PO4、氨水加入反应釜中，控制植酸
与(NH4)H2PO4的摩尔比为1：99，控制氨水的加入量将体系pH值调节至2左右，然后在反应釜内常温混合搅拌反应1小时；再将反应浆料泵入老化釜中陈化1小时，得到的磷酸铁前驱体液泵入成品罐中暂存。
[0039](3)将步骤(2)得到的磷酸铁前驱体液加入氨水稀释，然后泵入板框过滤机中过滤，洗涤至中性；然后将湿物料加入闪蒸干燥机中闪蒸干燥，再加入回转窑中400℃下煅烧，得到磷酸铁。
[0040](4)将步骤(3)得到的磷酸铁、碳酸锂、葡萄糖加入装有水的分散釜中充分分散，然后将浆料加入研磨罐中研磨，再经过喷雾干燥设备喷雾干燥、烧结炉烧结、气流粉碎机粉碎，得到磷酸铁锂。
[0041]实施例2
[0042]如图1至图5所示，采用如下步骤制备磷酸铁锂：
[0043](1)将氯化亚铁、双氧水、盐酸加入氯化铁反应釜中，混合搅拌反应，得到的氯化铁溶液泵入氯化铁罐中暂存。
[0044](2)将步骤(1)得到的氯化铁溶液、植酸、H3PO4、氨水加入反应釜中，控制植酸与H3PO4的摩尔比为1：99，控制氨水的加入量将体系pH值调节至2左右，然后在反应釜内常温混合搅拌反应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磷酸铁的生产方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将氯化亚铁、双氧水、盐酸在水中混合反应，得到氯化铁溶液；(2)将步骤(1)得到的氯化铁溶液与植酸、磷酸盐在水中混合反应，得到磷酸铁前驱体液；(3)将步骤(2)得到的磷酸铁前驱体液过滤、干燥、煅烧，得到磷酸铁。2.根据权利要求1所述的磷酸铁的生产方法，其特征在于：所述步骤(2)中，磷酸盐包括但不限于H3PO4、(NH4)3PO4、(NH4)2HPO4、(NH4)H2PO4中的一种或几种混合。3.根据权利要求1所述的磷酸铁的生产方法，其特征在于：所述步骤(2)中，植酸与磷酸盐的摩尔比为1:999
‑
999:1。4.根据权利要求1所述的磷酸铁的生产方法，其特征在于：所述步骤(2)中，往反应体系中加入碱液，将pH值控制为小于7。5.根据权利要求4所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李长明，吴超，辛民昌，赖永彪，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：