[发明专利]一种银耳状磷酸铁及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于磷酸铁材料制备工艺技术领域，具体涉及一种银耳状磷酸铁及其制备方法。

背景技术

信息时代的来临、石油资源的枯竭、纯电动/混合电动汽车的发展、环境保护的呼声等都迫切需要新一代能源电池小、轻、长寿命、绿色无污染、快速充放电、安全等。锂离子电池是新型绿色环保电池，具有高能量密度和功率密度、高工作电压、自放电小、无记忆效应、循环寿命长、轻型化、污染小等优点，由20世纪90年代发展起来，迅速成为21世纪最重要、最具发展前景的新型蓄电池。

磷酸铁锂材料由于其原料价格低廉、环境友好、热稳定性好、循环性能稳定和理论容量较高(170mAh/g)等优点，成为目前应用最为广泛的锂离子正极材料之一。然而其固有的离子、电子导电率低，导致其低温、倍率性能差，成为限制其进一步应用的关键性因素。目前改善磷酸铁锂材料低温、倍率性能的主要方法包括：纳米化（CN103904325A、CN103700857A）、包覆（CN103904325A、CN103956493A）、掺杂（CN103337630A、CN103887513A）。磷酸铁是合成磷酸铁锂材料的最主要原料之一，其与磷酸铁锂结构相近，只要很好地控制磷酸铁的结构、形状、颗粒大小，就能间接控制磷酸铁锂材料的性能。本发明试图通过水热合成一种纳米片组合成的多维银耳状磷酸铁，改善以此为原料合成的磷酸铁锂的低温、倍率性能。

发明内容

本发明目的在于提供一种化学计量比好、纯度高的银耳状磷酸铁及其制备方法，来改善磷酸铁锂的低温、倍率性能。

本发明涉及的一种银耳状磷酸铁及其制备方法，其特征在于，磷酸铁颗粒是由纳米片有序长成多维银耳状，包括以下步骤：1）铁源胶束溶液的配制；2）无金属离子磷源溶液的配制；3）铁源胶束溶液、无金属离子磷源溶液的混合；4）水热反应；5）离心洗涤、干燥产物。

1）铁源胶束溶液的配制：将可溶性铁盐溶于水，恒温超声分散，配制0.05-2M的溶液，向铁源溶液中加入质量为铁源质量0.01-3%的表面活性剂，超声得到均匀胶束溶液A；

2）无金属离子磷源溶液的配制：将无金属离子磷源溶于水，恒温超声分散，配制0.05-2M的磷源溶液B；

3）铁源胶束溶液、无金属离子磷源溶液的混合：按照摩尔比Fe:P=1:1-1.2，将上述A、B溶液恒温下超声充分混合后倒入高压反应釜100ml聚四氟乙烯内衬中，控制填充度为50-80%；

4）水热反应：将步骤3）的混合液密封于高压反应釜中，立即放入120-220℃烤箱中，保温2-10h；

5）离心洗涤、干燥产物：将步骤4）反应后的混合物转移至离心机，用去离子水反复多次离心洗涤，真空干燥后即得银耳状磷酸铁颗粒。

上述步骤1）中所述的可溶性铁盐，可以为二价铁盐或三价铁盐或二者混合，如硫酸亚铁、硝酸亚铁、三氯化铁、硫酸铁和硝酸铁中的一种或几种；若含二价铁盐，先加双氧水氧化为三价铁盐再进行下一步。

上述步骤1）所述中的表面活性剂，可以为十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、十二烷基磺酸钠（SDS）、烯基磺酸钠（AOS）、聚乙二醇（PEG）和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）中的一种。

上述步骤2）中所述的无金属离子磷源，可以为磷酸、磷酸一氢盐和磷酸二氢盐中的一种或几种。

上述步骤1）、2）、3）中所述的恒温超声温度为30-80℃。

上述步骤4）中所述的水热反应温度、时间为：120-220℃、2-10h。

上述步骤5）中所述的离心洗涤采用去离子水，真空干燥温度为60-90℃。

本发明合成的银耳状磷酸铁材料，由纳米片有序长成多维银耳状。由这种特殊结构的材料合成的磷酸铁锂不仅具有快速充放电能力，而且具有很好的倍率、低温性能。

附图说明

图1为实施例1中银耳状磷酸铁材料局部的SEM图。

图2为实施例2中得到的磷酸铁锂材料，在2.3–4.2V范围，0.1C下的首次充放电图。

图3为实施例3中合成的磷酸铁锂材料，在2.3–4.2V范围内不同倍率下充放电图。

具体实施方式

以下通过具体实施例来对本发明进一步说明，并非对本发明的限制。

实施例1