一種高活性納米級磷酸鐵及其合成方法
【專利摘要】本發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，材料的晶體結構更加趨于完美，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
【技術領域】
[0001]本發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】
[0002]磷酸亞鐵鋰具有優異的熱穩定性和穩定的循環充放電性能，被業界稱為“最安全的鋰電池”，磷酸亞鐵鋰作為大容量動力電池應用的首選材料而備受國內外關注。
[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。

【發明內容】

[0004]本發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晶度及更佳的晶體結構，能提高磷酸亞鐵鋰的電化學性能和低溫性能。
[0005]本發明是通過以下技術方案實現的:
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)稱取工業級鐵源和絡合劑，溶于無離子水，配制成鐵源濃度為0.5-0.8mol/L、絡合劑濃度為0.05-0.08mol/L的混合溶液A ;
(2)稱取工業級磷酸鹽及中和劑，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容器中，反應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] 本發明的優點是:
1、采用獨特的絡合沉淀工藝制備磷酸鐵，在制備的過程中，可有效的控制產品一次粒徑為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，材料的晶體結構更加趨于完美，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明，但本發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的流速加入到反應容器中，磷酸氫二銨以100ml/min的流速加入到反應容器中，反應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的流速加入到反應容器中，磷酸氫二銨以lOlml/min的流速加入到反應容器中，反應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的流速加入到反應容器中，磷酸氫二銨以102ml/min的流速加入到反應容器中，反應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的流速加入到反應容器中，磷酸氫二銨以103ml/min的流速加入到反應容器中，反應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)稱取工業級鐵源和絡合劑，溶于無離子水，配制成鐵源濃度為0.5-0.8mol/L、絡合劑濃度為0.05-0.08mol/L的混合溶液A ; (2)稱取工業級磷酸鹽及中和劑，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容器中，反應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.根據權利要求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.根據權利要求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合劑為酒石酸鉀鈉、草酸銨中的一種或幾種。
5.根據權利要求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.根據權利要求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 優先權日:2013年8月21日
【發明者】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