[发明专利]沉淀法和水热法联用制备球形磷酸铁

说明书

技术领域

本发明涉及一种沉淀-水热联用法制备磷酸铁的方法，属于材料制备工艺技术领域。

背景技术

磷酸铁是一种重要的化工原料，广泛应用于颜料、釉料、催化剂及食品添加剂中，特别广泛应用在锂离子电池正极材料磷酸铁锂的合成中。

磷酸铁的相结构、纯度、形貌和粒径直接影响磷酸铁锂正极材料的电性能。CN1635648介绍了一种磷酸铁前驱体的合成方法，但是通过该磷酸铁前驱体合成的磷酸铁锂的粒径在7～12微米，这种磷酸铁锂粉体的粒径过大，进而导致正极材料的克容量和大电流性能都会很差，而且粒径过大也会导致匀浆过程的浆料不稳定。

CN101920948A中用到氢氧化钠、氢氧化钾、磷酸三钠作为碱性物质会直接引入其他杂质金属离子，微量的金属离子对磷酸铁锂正极材料的性能影响很大，所以该工艺对后期清洗要求很高，为了达到清洗彻底需要消耗大量的去离子水。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的粒径可控的球形磷酸铁晶体的制备方法，用本发明的方法制备的磷酸铁晶体粒径在2～4微米，形状为球形，特别适用于锂离子电池正极材料磷酸铁锂的合成。

本发明在原料选择上，铁源选择可溶性三价铁盐，如硝酸铁或氯化铁，磷源选择磷酸或不含金属离子的磷盐，碱性物质选择无金属离子的碱如氨水。本发明在合成工艺上采用了水热法来控制粒径，达到粉体粒径均匀且粒径可控，批次之间的一致性较好。

本发明的一个方面，提供了一种改进的粒径可控的球形磷酸铁晶体的制备方法，其特征在于，用可溶性三价铁盐、无金属离子的磷源和无金属离子的碱合成球形磷酸铁晶体，依次包括以下步骤：

配制铁/磷混合溶液和碱性溶液；

按照先加铁/磷混合溶液，后加碱性溶液的顺序将物料加入到反应釜中，高速搅拌，进行沉淀反应，反应温度维持在40～99℃，控制反应釜内的pH为0.6～3.0；

升高温度，进行水热反应至结束；

清洗反应产物并干燥。

根据本发明的一个具体但非限制性的实施方案，其中铁/磷混合溶液的浓度是0.5～4mol/L，其中铁和磷的摩尔比为1∶1；碱性溶液的浓度为6～30％(按质量百分比计)。

根据本发明的一个具体但非限制性的实施方案，其中可溶性三价铁盐为硝酸铁或氯化铁，无金属离子的磷源为磷酸。

根据本发明的一个具体但非限制性的实施方案，其中无金属离子的碱为氨水。

根据本发明的一个具体但非限制性的实施方案，其中在将铁/磷混合溶液和碱性溶液加入反应釜之前，先在反应釜中加入一定量的水。

根据本发明的一个具体但非限制性的实施方案，其中控制搅拌速度为300～1500rad/min。

根据本发明的一个具体但非限制性的实施方案，其中水热反应的温度为120～250℃，水热反应的时间为2～12小时。

根据本发明的一个具体但非限制性的实施方案，其中清洗反应产物至母液的pH为6～7终止。

根据本发明的一个具体但非限制性的实施方案，其中产物干燥采用热风干燥，干燥的温度为100～120℃，干燥时间为6～12小时。

本发明的另一个方面，提供了一种球形磷酸铁晶体，其中磷酸铁晶体的粒径在2～4微米。

采用本发明工艺路线制得的磷酸铁具有如下特性：

1.本发明中没有引入其他金属阳离子，所以制备的磷酸铁的纯度很高；

2.本发明采用水热法来控制粒径大小，且制得的粉体粒径均匀，批次间一致性好。

附图说明

图1为沉淀-水热联用法制备磷酸铁的工艺流程图；

图2为沉淀-水热联用法制备的磷酸铁的X-射线衍射图谱；

图3为沉淀-水热联用法制备的磷酸铁的SEM照片；

具体实施方式

下文提供了具体的实施方式进一步说明本发明，但本发明不仅仅限于以下的实施方式。

本发明采用沉淀-水热联用法制备粒径可控的球形磷酸铁晶体，附图1为本发明的工艺流程图。其中，铁源选择可溶性三价铁盐，如硝酸铁或氯化铁，磷源选择磷酸或不含金属离子的磷盐如磷酸二氢铵，碱性物质选择无金属离子的碱如氨水，具体的工艺路线如下：

先将三价铁盐和磷源物质混合配制成铁/磷混合溶液，同时配制一定浓度的碱性溶液。其中铁/磷混合溶液的浓度可以是0.5～4mol/L，铁和磷的摩尔比优选为1∶1；碱性溶液的浓度可以为6～30％(按质量百分比计)；