合成锂电池正极材料用纳米磷酸铁及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种合成锂电池正极材料用纳米磷酸铁的制备方法，包括以下步骤：S1、将三聚磷酸钠溶液、亚铁盐溶液混合，得第一混合液，将磷源溶液与氧化剂溶液混合，得第二混合液；S2、向第一混合液中滴加第二混合液并同步搅拌，在55

【技术实现步骤摘要】
合成锂电池正极材料用纳米磷酸铁及其制备方法


[0001]本专利技术涉及新能源材料制备
更具体地说，本专利技术涉及一种合成锂电池正极材料用纳米磷酸铁及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池的正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。其中，磷酸铁锂材料以其具有成本低、高温性能好、大容量、无记忆效应、重量轻、环保等优点，成为一种极具应用潜力的锂离子蓄电池正极材料。磷酸铁是磷酸铁锂的重要前驱体，传统的电池级磷酸铁制备过程是将亚铁离子氧化或直接用3价铁离子和磷酸盐混合，生成沉淀得到磷酸铁产品。存在产品一次颗粒粒径大、压实密度低、形状不规则等问题，以至于后续制备磷酸铁锂电池正极材料效果不理想。本专利技术提供一种在不影响产率的基础上，产品粒径小、产品的粒径分布集中，提高压实密度的纳米磷酸铁的制备方法，是制备纳米磷酸铁锂正极材料目前急需解决的问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
[0004]本专利技术还有一个目的是提供一种合成锂电池正极材料用纳米磷酸铁的制备方法，在不影响产率基础上，产品的粒径小且分布集中，有效提高压实密度。
[0005]本专利技术还有一个目的是提供一种合成锂电池正极材料用纳米磷酸铁，产品粒径小且分布集中。
[0006]为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种合成锂电池正极材料用纳米磷酸铁的制备方法，包括：S1、将三聚磷酸钠溶液、亚铁盐溶液混合，得第一混合液，将磷源溶液与氧化剂溶液混合，得第二混合液；
[0007]S2、向第一混合液中滴加第二混合液并同步搅拌，在55
‑
65℃条件下反应4
‑
5h，得初步反应液；其中，初步反应液反应前溶液中亚铁盐的摩尔浓度为0.1
‑
0.15mol/L，所用三聚磷酸钠、氧化剂、亚铁盐、磷源的摩尔比为0.08
‑
1：0.21
‑
0.28：1.0：0.9
‑
1.1；
[0008]S3、继续以3
‑
5℃/min的速度升温至90
‑
110℃反应40
‑
50min，然后以3
‑
5℃/min的速度升温至120℃反应8
‑
10min，得反应液；
[0009]S4、反应液反复洗涤、过滤直至滤液呈中性，而后压滤得滤饼；
[0010]S5、滤饼煅烧冷却后得纳米磷酸铁。
[0011]优选的是，亚铁盐为硫酸亚铁。
[0012]优选的是，磷源为磷酸或磷酸盐。
[0013]优选的是，步骤S4中反应液在反复洗涤、过滤前还包括将反应液采用高磁性过滤器进行磁性过滤。
[0014]优选的是，所述氧化剂为过硫酸铵。
[0015]优选的是，步骤S5中煅烧具体为置于惰性气体保护下，520
‑
600℃下煅烧2
‑
3h。
[0016]一种合成锂电池正极材料用纳米磷酸铁。
[0017]本专利技术至少包括以下有益效果：
[0018]第一，通过三聚磷酸铁的添加，利用亚铁离子在与三聚磷酸铁络合和通过氧化剂氧化间形成竞争来调控磷酸铁的生成速率，使产品粒径小，平均粒径约30nm，产品的粒径分布集中，结晶良好、无明显杂相峰、结构单一，易实现产业化，克服了所制得的磷酸铁锂材料产品内阻高、高倍率和低温放电性能欠佳的缺点。
[0019]第二，反应分三阶段进行，第二阶段随着反应的进行，通过温度的调控，三聚磷酸钠能够分解为正磷酸钠、焦磷酸钠，进一步焦磷酸钠可分解为正磷酸钠，由于分解，降低了络合剂的络合效果，继而降低亚铁离子络合相对于氧化的竞争力，释放亚铁离子，与磷酸根浓度的增加配合促进反应持续向正方向进行；第三阶段随着反应的进行，三聚磷酸钠的分解趋于稳定，通过温度的调控，加速氧化剂分解反应，进一步促进反应进行。
[0020]本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
[0021]图1为本专利技术的其中一实施例所述磷酸铁样品的XRD图；
[0022]图2为本专利技术的其中一实施例所述磷酸铁样品的SEM图。
具体实施方式
[0023]下面结合实施例对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
[0024]实验过程
[0025]合成锂电池正极材料用纳米磷酸铁的制备方法，包括以下步骤：
[0026]S1、将三聚磷酸钠溶液、亚铁盐溶液混合，得第一混合液，其中，所述亚铁盐为硫酸亚铁，所用三聚磷酸钠的摩尔量与亚铁盐摩尔量比为0.08
‑
0.1：1，首先，三聚磷酸铁作为络合剂，能够络合部分亚铁离子，以调控磷酸铁的生成速率，使产品的粒径分布集中，提高压实密度；进一步，通过三聚磷酸铁的添加控制体系反应酸碱度，解决因调剂pH值需要进一步的引入杂质的问题，更好的保证产品的纯度；
[0027]将磷源溶液与氧化剂溶液混合，得第二混合液，其中，所述磷源为磷酸或磷酸盐，磷酸盐具体可为磷酸一氢铵、磷酸二氢铵、磷酸三氢铵；
[0028]所述氧化剂理论上可以选择所有的氧化剂，优选的：氧化剂为过硫酸铵(NH4)2S2O8，目的在于避免给体系引入新的杂质，且过硫酸铵的过氧基具有较小结合力，在加热条件下，易断裂，产生自由基，释放氧原子，使其具有强氧化性，进一步，反应后剩余焦磷酸钠能够通过清洗过程去除，即使有残留也能够在后续煅烧过程中继续分解为气体，减少残留危害，所用过硫酸铵的摩尔量与亚铁盐摩尔量比为0.21
‑
0.28：1；
[0029]向第一混合液中滴加第二混合液并同步搅拌，在55
‑
65℃条件下反应4
‑
5h，得初步反应液；其中，初步反应液反应前溶液中亚铁盐的摩尔浓度为0.1
‑
0.15mol/L，即向第一混合液中加第二混合液等体积的水，得稀释液，稀释液中亚铁盐的摩尔浓度为0.1
‑
0.15mol/L；
[0030]S2、初步反应液继续以3
‑
5℃/min的速度升温至90
‑
110℃反应40
‑
50min，然后以3
‑
5℃/min的速度升温至120℃反应8
‑
10min，得反应液；
[0031]上述反应分三步进行，第一步：在55
‑
65℃条件下，以三聚磷酸安作为络合剂，亚铁离子在络合与氧化间竞争逐渐氧化生成三价铁离子，氧化生成的三价铁在磷源的作用下促使反应不断朝着正方向进行，缓慢生成纳米磷酸铁；第二步：随着反应的进行，通过温度的调控，三聚磷酸钠能够分解为正磷酸钠、焦磷酸钠，进一步焦磷酸钠可分解为正磷酸钠，具体如下式所示：
[0032]Na5P本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.合成锂电池正极材料用纳米磷酸铁的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将三聚磷酸钠溶液、亚铁盐溶液混合，得第一混合液，将磷源溶液与氧化剂溶液混合，得第二混合液；S2、向第一混合液中滴加第二混合液并同步搅拌，在55
‑
65℃条件下反应4
‑
5h，得初步反应液；其中，初步反应液反应前溶液中亚铁盐的摩尔浓度为0.1
‑
0.15mol/L，所用三聚磷酸钠、氧化剂、亚铁盐、磷源的摩尔比为0.08
‑
1：0.21
‑
0.28：1.0：0.9
‑
1.1；S3、继续以3
‑
5℃/min的速度升温至90
‑
110℃反应40
‑
50min，然后以3
‑
5℃/min的速度升温至120℃反应8
‑
10min，得...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘乐明，谢海龙，沈阳，贺彩香，
申请(专利权)人：江苏涛立电子新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：