[发明专利]正磷酸铁的制备方法

说明书

本申请要求于2012年07月31日提交中国专利局、申请号为201210272065.2、发明名称为“正磷酸铁的制备方法”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，尤其涉及一种正磷酸铁的制备方法。

背景技术

随着各种便携式电子产品日益普及，锂离子电池作为一种携带方便的电源设备日益受到关注，其性能主要取决于正负极材料。磷酸锂铁（LiFePO₄）作为新一代锂离子电池正极材料，其理论比容量为170mAh·g^-1，产品实际比容量可超过140mAh/g（0.2C，25℃），电压平台为3.4V（相对于Li/Li⁺），具有价格低廉，热稳定好的优点；而且不含任何对人体有害的重金属元素，环保，安全性高；其还具有优越的循环性能，在100%深度放电条件下，可充放电2000次以上。因此，磷酸铁锂被认为是锂离子电池理想的正极材料。

对各种不同电池，其正极材料磷酸铁锂的粒度大小及粒度分布也有所不同。目前，磷酸铁锂的制备多采用以正磷酸铁为前驱物原料，使得磷酸铁锂的粒度分布及纯度主要受其原料正磷酸铁的粒度分布和纯度的影响。因此控制好正磷酸铁的粒度大小、粒度分布及正磷酸铁的纯度，可以控制所制备的磷酸铁锂的粒度大小、分布及纯度，从而使其能够应用于不同需求的磷酸铁锂电池中，提高电池的性能。

现有技术公开了很多正磷酸铁的制备方法，其中研究最多的是，以可溶性铁盐为铁源，如硫酸亚铁或硫酸盐铁胺，以过氧化氢或氯酸钠为氧化剂，以磷酸或磷酸盐为磷源，反应后得到正磷酸铁。然而这种方法得到的正磷酸铁的粒径分布不均匀，其粒度不易控制，严重影响电池性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种正磷酸铁的制备方法，采用本发明提供的方法得到的正磷酸铁粒度分布可控，能够满足不同需求的电池正极材料的需要。

本发明提供了一种正磷酸铁的制备方法，包括以下步骤：

a）将络合剂与磷酸亚铁类化合物混合，得到混合溶液；

b）向所述步骤a）得到的混合溶液中加入过量的臭氧，加热反应得到正磷酸铁晶种；

c）将所述步骤b）得到的正磷酸铁晶种与亚铁盐溶液和磷源溶液混合，得到混合溶液；

d）向所述步骤c）得到的混合溶液中加入过量臭氧，将反应体系的pH调至1～6，反应后得到正磷酸铁。

优选的，所述步骤a）中的络合剂为柠檬酸或柠檬酸盐；

所述络合剂在混合溶液中的质量分数为0.1%～2%。

优选的，所述步骤a）中的磷酸亚铁类化合物为磷酸亚铁或磷酸亚铁铵。

所述步骤a）中的磷酸亚铁类化合物溶液的摩尔浓度为0.1mol/L～0.5mol/L。

优选的，所述步骤b）中加热反应的温度为25℃～80℃。

优选的，所述步骤b）中的加热反应的时间为10分钟～30分钟。

优选的，所述步骤c）中的亚铁盐为硫酸亚铁或硫酸亚铁铵；

所述磷源为磷酸或磷酸盐。

优选的，所述步骤c）中的亚铁盐溶液中亚铁离子的摩尔浓度为0.1mol/L～5mol/L。

优选的，所述步骤c）中的亚铁盐中的铁和磷源中的磷的摩尔比为1:（0.8～5）。

优选的，所述步骤d）中反应的时间为3小时～24小时。

本发明提供了一种正磷酸铁的制备方法，包括以下步骤：a）将络合剂与磷酸亚铁类化合物混合，得到混合溶液；b）向所述步骤a）得到的混合溶液中加入过量的臭氧，加热反应得到正磷酸铁晶种；c）将所述步骤b）得到的正磷酸铁晶种与亚铁盐溶液和磷源溶液混合，得到混合溶液；d）向所述步骤c）得到的混合溶液中加入过量臭氧，将反应体系的pH调至1～6，反应后得到正磷酸铁。本发明以磷酸亚铁类化合物为原料，将其与络合剂混合后以臭氧氧化得到正磷酸铁晶种，将所述正磷酸铁晶种与亚铁盐和磷源混合，以臭氧为氧化剂将亚铁氧化为三价铁，得到正磷酸铁。本发明提供的制备方法得到的正磷酸铁晶种粒度可调，从而使得最后得到的正磷酸铁的粒度具有较高的可调性，能够根据需要制备出不同粒度分布的正磷酸铁。实验结果表明，本发明提供的方法得到同一批次的正磷酸铁的粒度D10为0.8μm，D50为2.2μm，D90为10μm。