纳米团簇结构磷酸铁的制备方法技术

本发明专利技术涉及纳米团簇结构磷酸铁的方法，包括有以下步骤：1）采用撞击流装置，将铁盐溶液和无机含磷化合物加入其中进行混合；或采用撞击流装置，将亚铁盐溶液与无机含磷化合物加入其中，同时加入氧化剂至亚铁盐溶液完全氧化后进行混合，得到含三价铁离子的混合溶液；2）保持搅拌状态，在一定反应温度下，通过碱性溶液调控反应体系，同时控制撞击流速度1000~3000rmp，加碱性溶液结束后继续搅拌，经过老化、分离、纯净水洗涤和烘干，得到纳米团簇结构磷酸铁。本发明专利技术的有益效果在于：本发明专利技术的制备方法工艺过程简单，可得到一次粒子粒径在10~100nm间，二次粒子粒径在1~3μm间、分散性好的纳米团簇磷酸铁。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无机化工材料
，涉及一种大批量制备纳米团簇结构磷酸铁的方法

技术介绍
磷酸铁主要用于陶瓷行业、食品行业，近几年被广泛用于锂离子电池正极材料磷酸铁锂的生产。在电池行业，磷酸铁路线合成电池正极材料磷酸铁锂，是一种新型且具有竞争力的路线，其中主要原料磷酸铁除提供铁元素、磷元素以外，由于磷酸铁的晶体结构与磷酸铁锂的晶体结构基本相同，使得磷酸铁还起到提供磷酸铁锂基本骨架的作用，因此磷酸铁的形貌、结构、元素配比等性质，严重影响磷酸铁锂的电化学性能。国内对于具有特殊结构的磷酸铁在工业上应用的研究较多，特别是对于具有纳米和多孔结构的磷酸铁，对于其合成与性能研究已经取得了一些研究成果。这种具有纳米和 多孔结构的磷酸铁一般是由铁盐和磷酸盐在溶液状态中，加入模板剂、矿化剂、表面活性剂等经由水热法合成，在工业催化、表面钝化以及离子交换等方面应用广泛。但在电池材料领域，目前专利所述基本上都是采用传统的液相-沉淀法制备磷酸铁前驱物，而且研究普遍集中于合成中杂质离子含量的控制，忽略了对材料本身结构和形貌的控制，而且传统搅拌方式下制备的磷酸铁前驱物颗粒相对较大、分布不均匀，团聚现象严重，与锂源不容易混合均匀。
技术实现思路
本专利技术提出了一种，其采用撞击流反应器可以实现纳米团簇结构磷酸铁连续大批量的生产。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是， 其特征在于包括有以下步骤 1)采用撞击流装置，将铁盐溶液和无机含磷化合物按铁磷的摩尔比为1:1加入其中进行混合；或采用撞击流装置，将亚铁盐溶液与无机含磷化合物按铁磷的摩尔比为1:1加入其中，同时加入氧化剂至亚铁盐溶液完全氧化后进行混合，得到含三价铁离子的混合溶液； 2)保持搅拌状态，在一定反应温度下，通过碱性溶液调控反应体系的pH值至I.5^3. 0，同时控制撞击流速度100(T3000rmp，加碱性溶液结束后继续搅拌15 90min，经过老化、分离、纯净水洗涤和烘干，得到纳米团簇结构磷酸铁。按上述方案，所述的铁盐溶液为硫酸铁、硝酸铁、氯化铁或醋酸铁溶液，所述的亚铁盐溶液为硫酸亚铁、硝酸亚铁、氯化亚铁或醋酸亚铁。按上述方案，所述的无机含磷化合物为磷酸、磷酸二氢铵或磷酸二氢钠。按上述方案，所述的氧化剂为空气、氧气、次氯酸钠、氯酸钠或双氧水。按上述方案，所述的碱性溶液为氢氧化钠、氢氧化钾或氨水，且碱性溶液的质量百分比浓度为O. 5 15%。按上述方案，所述的铁盐溶液或亚铁盐溶液为在室温下配制的饱和溶液。按上述方案，步骤2)所述的反应温度范围为6(T95°C，撞击流时间为3(Tl80 min,老化时间为30 240 min。按上述方案，所述的洗涤用纯净水温度为25 60°C。按上述方案，所述的烘干温度为12(T600°C，烘干时间为120 300 min。在液相反应体系中，物料在锚式或浆式搅拌状态下做流体运动，其运动形式决定于搅拌方式，也影响分子间的碰撞方式、流动流体结构和掺混状态，从而决定所形成产物的聚集状态。采用撞击流反应器让物料在撞击流状态下进行分子间碰撞并发生反应，对于控制产物的粒度、形貌有独特作用。 本专利技术的有益效果在于本专利技术的制备方法工艺过程简单，可得到一次粒子粒径在1(Γ100 nm间，二次粒子粒径在f 3 μ m间、分散性好的纳米团簇磷酸铁，其可用于锂离子电池正极材料磷酸铁锂的制备，也可以用于食品添加剂、生物医药等领域。附图说明图I为实施例I磷酸铁的粒度分布图和扫描电镜 图2为实施例I的磷酸亚铁锂扫描电镜图。具体实施例方式下面结合实施例对本专利技术做进一步详细的说明，但是此说明不会构成对本专利技术的限制。实施例I 取5. 5kg硝酸铁(Fe(NO3)3 · 9H20)于4L去离子水溶解，再缓慢向其中加入I. 56kgNH4H2PO4，转移到撞击流反应器中，加热到80°C后，调节撞击流速度为1000 rpm，时间120min，在搅拌状态下，用质量百分比浓度为10%氢氧化钠水溶液调节pH=l. 80后，继续搅拌30 min，然后老化240 min后，用温度为30°C纯净水洗至排出液pH=5. 5。滤饼在600°C热处理200min得到白色无水磷酸铁粉末，产率99. 5%。产物电镜照片及粒度分布见附图1，产物分散性好，一次粒子粒径在l(Tl00nm之间，二次粒子D5tl为2. O μ m。用此磷酸铁制备磷酸铁锂见附图2，分散性好，粒度分布均匀，扣式电池O. IC放电容量可达165mAh/g。实施例2 取2. 59kg硫酸亚铁(FeSO4 · 7H20)加入4L纯净水溶解，再缓慢向其中加入I. 13kg磷酸(质量百分比85%)转移到撞击流反应器中，加入氯酸钠水溶液至硫酸亚铁完全氧化后，加热到90°C后，调节撞击流速度3000 rpm,时间60min，在搅拌状态下，用质量百分比浓度为8%的氢氧化钾水溶液调节pH=2. 50后，继续搅拌15 min，然后老化150 min，过滤，用温度为30°C纯净水洗至排出液pH=5. O。将沉淀物在120°C干燥120分钟后得到二水磷酸铁粉末，产率99. 5%。产物分散性好，一次粒子粒径在l(Tl00nm之间，二次粒子D5tl为I. O μ m。用此磷酸铁制备磷酸铁锂，分散性好，粒度分布均匀，O. IC充放电容量达到160 mAh/g。实施例3取2. 59kg硫酸亚铁(FeSO4 · 7H20)用4L纯净水溶解，再缓慢向其中加入O. 68L H3PO4(质量百分比85%)转移到撞击流反应器，慢慢加入双氧水至完全氧化后，加热到85°C后，调节撞击流速度2000 rpm,时间90min，搅拌状态下，用浓度为15%的氨水溶液调节pH=2. 00后，继续搅拌90 min，然后老化30 min后，用50°C纯净水洗至排出液pH=6. O。将沉淀物在450°C干燥240分钟后得到白色无水磷酸铁粉末，产率99. 5%，产物分散性好，一次粒子粒径在l(Tl00nm之间，二次粒子D5tl为3. O μ m。用此磷酸铁制备磷酸铁锂，分散性好，粒度分布均匀，扣式电池O. IC充放电容量达到160 mAh/g。实施例4 取3. 64kg硝酸铁(Fe (NO3)3 · 9H20)于4L去离子水溶解，再缓慢向其中加入I. I kgH3PO4 (质量百分比85%)，转移到撞击流反应器中，加热到80°C后，调节撞击流速度为1500rpm，时间60min，在搅拌状态下，用质量百分比浓度为15%氨水调节pH=3. O后，继续搅拌60min，然后老化240 min后，用温度为50°C纯净水洗至排出液pH=6. O。滤饼在550°C热处理200min得到白色无水磷酸铁粉末，产率99. 5%。产物经与锂源、碳源混合后制备磷酸亚铁锂,得到的磷酸亚铁锂材料加工性能好,扣式电池O. IC放电容量可达165mAh/g。·权利要求1.，其特征在于包括有以下步骤 1)采用撞击流装置，将铁盐溶液和无机含磷化合物按铁磷的摩尔比为1:1加入其中进行混合；或采用撞击流装置，将亚铁盐溶液与无机含磷化合物按铁磷的摩尔比为1:1加入其中，同时加入氧化剂至亚铁盐溶液完全氧化后进行混合，得到含三价铁离子的混合溶液； 2)保持搅拌状态，在一定反应温度下，通过碱性溶液调控反应体系的本文档来自技高网...

【技术保护点】
纳米团簇结构磷酸铁的制备方法，其特征在于包括有以下步骤：1）采用撞击流装置，将铁盐溶液和无机含磷化合物按铁磷的摩尔比为1:1加入其中进行混合；或采用撞击流装置，将亚铁盐溶液与无机含磷化合物按铁磷的摩尔比为1:1加入其中，同时加入氧化剂至亚铁盐溶液完全氧化后进行混合，得到含三价铁离子的混合溶液；2）保持搅拌状态，在一定反应温度下，通过碱性溶液调控反应体系的pH值至1.5~3.0，同时控制撞击流速度1000~3000rmp，加碱性溶液结束后继续搅拌15~90min，经过老化、分离、纯净水洗涤和烘干，得到纳米团簇结构磷酸铁。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：艾常春，李耀基，吴元欣，张晖，阳杨，潘志权，李先福，吴高安，刘洋，胡意，
申请(专利权)人：云南磷化集团有限公司，武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：