[发明专利]一种纳米无水磷酸铁及其合成方法

说明书

本发明提供了一种纳米无水磷酸铁及其合成方法，与现有技术相比，本发明解决了传统合成方法所造成的污染问题，为合成磷酸铁提供新的方法、新的思路。本发明采用自发电合成方法使用廉价铁作原料制备磷酸铁材料，降低了成本，使用单一磷酸水溶液做电解液，不会引入外来离子，简化了工艺，得到的产品纯度更高，也易于大规模生产。本发明采用自发电合成方法制备的纳米无水磷酸铁纯度高，制备的磷酸铁锂做正极的锂离子电池能够提高电池的充放电性能，从而提高了已有锂离子电池的充放电容量。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料领域，具体涉及一种纳米无水磷酸铁及其合成方法，采用自发电合成方法。

背景技术

磷酸铁化合物应用广泛，比如：农业、陶资玻璃、钢铁、表面钝化和离子交换能力等。而高纯度的磷酸铁可以作为制备锂离子电池正极材料磷酸铁锂的前驱体，这样就大大提升了它的应用价值。

自1997年A.K.Padhi首次报道磷酸铁锂(LiFePO₄)具有脱嵌理功能以来，其成为最具潜力的锂离子动力电池材料。磷酸铁锂作为锂离子电池用正极材料具有良好的电化学性能，充放电平台十分平稳，充放电过程中结构稳定；同时，该材料又具有无毒、无污染、安全性能好、可在高温环境下使用、原材料来源广泛等优点，是目前电池界竞相开发与研究的热点，可望成为中大容量、中高功率锂离子电池首选的正极材料。

虽然磷酸铁锂电池在上述许多方面具有优势，但其在大电流充放电性能、低温性能、体积比能量等方面仍存在不足之处，这些问题严重影响了电池的能量密度、功率密度等性能、也影响了电池的使用、操作性能，材料一致性问题导致的电池制造成本太高也不利于电池组的大规模推广应用。因此，必须从根本上解决材料存在的瓶颈问题，即从材料合成工艺、改性处理等方面提升磷酸铁锂材料的本征性能，目前己有研究表明，作为合成LiFePO₄的主要原材料磷酸铁，其结构、形貌和粒度会直接影响产物LiFePO₄的结构和性能。

无水磷酸铁，分子式为FePO₄，现有的磷酸铁制备方法主要为：(1)高温焙烧法，在550-700℃将碱式磷酸铁铵直接灼烧制得磷酸铁，用高温焙烧法制备磷酸铁优点是工艺简单方便，容易操作，缺点是合成的周期较长，能耗较高且需用价格较高的碱式磷酸铁铵作原料，导致生产成本较高；(2)液相沉淀法，将铁源与磷源加入到反应釜中进行反应，通过调节体系的PH值，使体系产生磷酸铁固体沉淀，然后再通过一系列的洗涤、过滤、烘干、粉碎等程序得到最终磷酸铁产品。液相沉淀法生产出的磷酸铁成分均匀，颗粒较细，但是由于沉淀不易洗涤使得产物杂质含量比较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米无水磷酸铁，铁纯度高，制备的磷酸铁锂做正极的锂离子电池能够提高电池的充放电性能，从而提高了已有锂离子电池的充放电容量。

本发明的另一目的在于提供一种纳米无水磷酸铁的合成方法，采用自发电合成方法，绿色无污染，成本低。

本发明提供的一种纳米无水磷酸铁的合成方法，包括以下步骤：

1)、以纯铁作为阳极，以惰性电极或不锈钢为阴极，以磷酸水溶液为电解液，不通电，自发电解生成的亚铁离子与磷酸根离子结合；

2)、在上述体系中通入氧化剂，继续反应后，再陈化，洗涤后，喷雾干燥得到二水磷酸铁；

3)、步骤2)得到的二水磷酸铁焙烧，得到纳米无水磷酸铁粉末。

进一步的，步骤1)中的所述纯铁包括纯铁盘、纯铁棒、或纯铁丝；

步骤1)中所述的磷酸水溶液中磷酸的质量百分比浓度45-65％。

进一步的，步骤1)中所述惰性电极为铅电极、碳棒或铂电极；

步骤1)中自发电解时，体系温度为10-80℃，PH值为0.5-2；自发电解时间5-15h。