一種高活性納米級磷酸鐵及其合成方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高活性納米級磷酸鐵，其特征在于：所述的高活性納米級磷酸鐵為近球形分散顆粒，粒度分布均勻，一次粒徑50—100納米，二次平均粒徑4-5微米，BET=15-30m2/g；使用本發(fā)明的高活性納米級磷酸鐵合成的鋰離子電池正極材料磷酸亞鐵鋰，材料的晶體結(jié)構(gòu)更加趨于完美，鋰離子嵌入/脫嵌通道正常，容量高，低溫性能優(yōu)異。在扣式電池測試時，在1C條件下放電容量能達到145mAh/g。
【專利說明】一種高活性納米級磷酸鐵及其合成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高活性納米級磷酸鐵的合成方法，制備的材料主要用于制備鋰離子電池正極材料磷酸亞鐵鋰。
【背景技術(shù)】
[0002]磷酸亞鐵鋰具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和穩(wěn)定的循環(huán)充放電性能，被業(yè)界稱為“最安全的鋰電池”，磷酸亞鐵鋰作為大容量動力電池應(yīng)用的首選材料而備受國內(nèi)外關(guān)注。
[0003]然而，磷酸亞鐵鋰存在兩個明顯的缺點，一是電導率低，導致高倍率充放電性能差，實際比容量低；二是低溫性能差。這兩個缺點阻礙了磷酸亞鐵鋰的實際應(yīng)用。要解決這兩個缺點必須要從提高原料性能著手，制備高活性及球形形貌的原材料是提高正極材料性能的方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種高活性納米級磷酸鐵合成方法，通過嚴格控制合成工藝制備出球形顆粒，再把此化合 物進行烘干，則可獲得高活性納米級磷酸鐵。該工藝簡單，易實現(xiàn)工藝化，并且用這種高活性納米級磷酸鐵合成的磷酸亞鐵鋰具有更好的結(jié)晶度及更佳的晶體結(jié)構(gòu)，能提高磷酸亞鐵鋰的電化學性能和低溫性能。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種高活性納米級磷酸鐵，所述的高活性納米級磷酸鐵為近球形分散顆粒，粒度分布均勻，一次粒徑50—100納米，二次平均粒徑4-5微米，BET=15-30m2 /g。
[0006]一種高活性納米級磷酸鐵的合成方法，包括以下步驟:
(1)稱取工業(yè)級鐵源和絡(luò)合劑，溶于無離子水，配制成鐵源濃度為0.5-0.8mol/L、絡(luò)合劑濃度為0.05-0.08mol/L的混合溶液A ;
(2)稱取工業(yè)級磷酸鹽及中和劑，溶于無離子水，配制成磷酸鹽濃度為0.5-0.8mol/L、中和劑濃度為0.05-0.08mol/L的混合溶液B ；
(3)在攪拌容器中加入3/4容積的無離子水，在300-400rpm攪拌下，按體積流量AiB=1: 1-1.03，將A、B兩種溶液同時加入到反應(yīng)容器中，反應(yīng)生成的沉淀懸浮液溢流在另一容器中陳化2-3小時；
(4)將陳化后的沉淀用去離子水洗滌，直到PH為7.2-7.5為止，將得到的濾餅在120-130°C的烘箱中烘3-4小時，即可得到高活性納米級磷酸鐵。
[0007]高活性納米級磷酸鐵的合成方法，其特征在于所用鐵源為硝酸鐵、硫酸鐵、三氯化鐵中的一種或幾種。
[0008]高活性納米級磷酸鐵的合成方法，其特征在于所用的絡(luò)合劑為酒石酸鉀鈉、草酸銨中的一種或幾種。
[0009]高活性納米級磷酸鐵合成方法，其特征在于所用的磷酸鹽為磷酸氫二銨、磷酸二氫銨及磷酸二氫鈉的一種或幾種。[0010]高活性納米級磷酸鐵的合成方法，其特征在于所用的中和劑為氫氧化鈉、氨水及乙酸銨中的一種或幾種。
[0011] 本發(fā)明的優(yōu)點是:
1、采用獨特的絡(luò)合沉淀工藝制備磷酸鐵，在制備的過程中，可有效的控制產(chǎn)品一次粒徑為50—100納米，二次平均粒徑4-5微米、BET=15-30m2 /g。材料形狀為近球形顆粒，洗滌更容易，因而材料的純度更高。
[0012]2、使用本發(fā)明的高活性納米級磷酸鐵合成的鋰離子電池正極材料磷酸亞鐵鋰，材料的晶體結(jié)構(gòu)更加趨于完美，鋰離子嵌入/脫嵌通道正常，容量高，低溫性能優(yōu)異。在扣式電池測試時，在IC條件下放電容量能達到145mAh/g。
[0013]3、使用高活性納米級磷酸鐵作為原材料，工藝路線簡單，能降低制備磷酸亞鐵鋰的材料成本及加工成本。
【具體實施方式】
[0014]通過以下實施例可以進一步闡述本發(fā)明，但本發(fā)明不僅局限于以下實施例。
[0015]實施例1
用去離子水將三氯化鐵配成0.5mol、酒石酸鉀鈉配成0.05mol的混合溶液，用去離子水將磷酸氫二銨配成0.5mol、氫氧化鈉配成0.05mol的混合溶液，打開反應(yīng)容器的攪拌，投入容器3/4容積的去離子水，然后三氯化鐵以100ml/min的流速加入到反應(yīng)容器中，磷酸氫二銨以100ml/min的流速加入到反應(yīng)容器中，反應(yīng)生成的沉淀懸浮液溢流到另一容器中陳化，陳化2小時后，將沉淀洗滌干凈，直到洗滌水PH 7.2，然后過濾，濾餅在120°C的烘箱中烘3小時，即可得到高活性納米級磷酸鐵。
[0016]實施例2
用去離子水將三氯化鐵配成0.6mol、酒石酸鉀鈉配成0.06mol的混合溶液，用去離子水將磷酸氫二銨配成0.6mol、氫氧化鈉配成0.06mol的混合溶液，打開反應(yīng)容器的攪拌，投入容器3/4容積的去離子水，然后三氯化鐵以100ml/min的流速加入到反應(yīng)容器中，磷酸氫二銨以lOlml/min的流速加入到反應(yīng)容器中，反應(yīng)生成的沉淀懸浮液溢流到另一容器中陳化，陳化2.5小時后，將沉淀洗滌干凈，直到洗滌水PH 7.3，然后過濾，濾餅在125°C的烘箱中烘3.5小時，即可得到高活性納米級磷酸鐵。
[0017]實施例3
用去離子水將三氯化鐵配成0.7mol、酒石酸鉀鈉配成0.07mol的混合溶液，用去離子水將磷酸氫二銨配成0.7mol、氫氧化鈉配成0.07mol的混合溶液，打開反應(yīng)容器的攪拌，投入容器3/4容積的去離子水，然后三氯化鐵以100ml/min的流速加入到反應(yīng)容器中，磷酸氫二銨以102ml/min的流速加入到反應(yīng)容器中，反應(yīng)生成的沉淀懸浮液溢流到另一容器中陳化，陳化3小時后，將沉淀洗滌干凈，直到洗滌水PH 7.4，然后過濾，濾餅在125°C的烘箱中烘3.5小時，即可得到高活性納米級磷酸鐵。
[0018]實施例4
用去離子水將三氯化鐵配成0.8mol、酒石酸鉀鈉配成0.0Smol的混合溶液，用去離子水將磷酸氫二銨配成0.8mol、氫氧化鈉配成0.0Smol的混合溶液，打開反應(yīng)容器的攪拌，投入容器3/4容積的去離子水，然后三氯化鐵以100ml/min的流速加入到反應(yīng)容器中，磷酸氫二銨以103ml/min的流速加入到反應(yīng)容器中，反應(yīng)生成的沉淀懸浮液溢流到另一容器中陳化，陳化3小時后，將沉淀洗滌干凈，直到洗滌水PH 7.5，然后過濾，濾餅在130°C的烘箱中烘3小時，即可得到高活性納米級磷酸鐵。
【權(quán)利要求】
1.一種高活性納米級磷酸鐵，其特征在于:所述的高活性納米級磷酸鐵為近球形分散顆粒，粒度分布均勻，一次粒徑50—100納米，二次平均粒徑4-5微米，BET=15-30m2 /g。
2.一種如權(quán)利要求1所述的高活性納米級磷酸鐵的合成方法，其特征在于包括以下步驟: (1)稱取工業(yè)級鐵源和絡(luò)合劑，溶于無離子水，配制成鐵源濃度為0.5-0.8mol/L、絡(luò)合劑濃度為0.05-0.08mol/L的混合溶液A ; (2)稱取工業(yè)級磷酸鹽及中和劑，溶于無離子水，配制成磷酸鹽濃度為0.5-0.8mol/L、中和劑濃度為0.05-0.08mol/L的混合溶液B ； (3)在攪拌容器中加入3/4容積的無離子水，在300-400rpm攪拌下，按體積流量AiB=1: 1-1.03，將A、B兩種溶液同時加入到反應(yīng)容器中，反應(yīng)生成的沉淀懸浮液溢流在另一容器中陳化2-3小時； (4)將陳化后的沉淀用去離子水洗滌，直到PH為7.2-7.5為止，將得到的濾餅在120-130°C的烘箱中烘3-4小時，即可得到高活性納米級磷酸鐵。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高活性納米級磷酸鐵的合成方法，其特征在于所述鐵源為硝酸鐵、硫酸鐵、三氯化鐵中的一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高活性納米級磷酸鐵的合成方法，其特征在于所述的絡(luò)合劑為酒石酸鉀鈉、草酸銨中的一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所 述的一種高活性納米級磷酸鐵合成方法，其特征在于所述的磷酸鹽為磷酸氫二銨、磷酸二氫銨及磷酸二氫鈉的一種或幾種。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高活性納米級磷酸鐵合成方法，其特征在于所述的中和劑為氫氧化鈉、氨水及乙酸銨中的一種或幾種。
【文檔編號】C01B25/37GK103466582SQ201310366822
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月21日
【發(fā)明者】方立貴, 謝中平, 左一村, 王長平 申請人:中鹽安徽紅四方新能源科技有限公司