[发明专利]一种纳米级磷酸铁的制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米级磷酸铁的制备方法，包括以下步骤：S1、以纳米氧化硅颗粒为模板，以多巴胺盐酸盐为碳源，首先制得具有碳层包覆的氧化硅颗粒；S2、利用氢氟酸、盐酸混合液将上述步骤S1制得的具有碳层包覆的氧化硅颗粒内部的氧化硅去除，得到空心碳壳；S3、再将磷酸盐或磷酸与三价铁盐的酸性溶液加入到上述步骤S2制得的空心碳壳中，制得FePO₄@C核壳的纳米级磷酸铁。与现有技术相比，本发明方案操作简便，制得的产品性能可靠、形貌均一且可控性好。

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，具体涉及一种纳米级磷酸铁的制备方法。

背景技术

磷酸铁锂由于具备绿色环保、循环性能好且安全性能佳等优点，已成为目前使用最为广泛的锂离子电池正极材料。然而，现有技术中的磷酸铁锂仍存在电导率差、振实密度较低两大问题。为提高磷酸铁锂的电化学性能，主要采用碳包覆来改善材料固有的导电性，并通过表面活性剂控制材料形貌的方式来解决纳米材料普遍的低能量密度问题。然而由于制备过程中热稳定性较差且可控性差，使得碳包覆效果不佳且材料性能不稳定。磷酸铁是制备磷酸铁锂的重要前驱体，其结构和性能对磷酸铁锂的活性具有重要影响，因此，制备出形貌可控性好且性能稳定的磷酸铁对于制备出磷酸铁锂正极材料具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种形貌均一且可控性好的纳米级磷酸铁的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种纳米级磷酸铁的制备方法，包括以下步骤：S1、以纳米氧化硅颗粒为模板，以多巴胺盐酸盐为碳源，首先制得具有碳层包覆的氧化硅颗粒；

S2、利用氢氟酸、盐酸混合液将上述步骤S1制得的具有碳层包覆的氧化硅颗粒内部的氧化硅去除，得到空心碳壳；

S3、再将磷酸盐或磷酸与三价铁盐的酸性溶液加入到上述步骤S2制得的空心碳壳中，制得FePO₄@C核壳的纳米级磷酸铁。

进一步地，所述步骤S1具体操作为：将氧化硅微球粉末在搅拌状态下加入到多巴胺盐酸盐溶液中，并在持续搅拌下反应再经离心、洗涤、干燥后，将所得粉末置于Ar气氛炉中进行碳化得到具有碳层包覆的氧化硅颗粒。

进一步地，所述碳化处理的温度为750～850℃，时间为4～7h；优选地，所述碳化温度为800℃，时间为5h。

进一步地，所述多巴胺盐酸盐溶液的pH值为8.0～9.0；优选为8.5。

进一步地，所述步骤S1中，氧化硅与多巴胺盐酸盐溶液的反应时间为20h以上，优选为24h。

进一步地，所述步骤S1中所述氧化硅的粒径为400～600nm，优选为500nm。

进一步地，所述步骤S2中，所述氢氟酸、盐酸混合液中是将氢氟酸和盐酸按照体积比1:1配置而成。

进一步地，所述步骤S2的具体操作为将步骤S1制得的具有碳层包覆的氧化硅颗粒浸泡在氢氟酸、盐酸混合液反应8～16h，然后再经经洗涤过滤烘干后得到空心C壳。

优选地，所述步骤S2中，反应时间为12h。

优选地，所述步骤S2得到的空心C壳的厚度为0.1～0.3μm，优选为0.2μm。

进一步地，所述步骤S3中，所述三价铁盐的酸性溶液的pH值小于1。

进一步地，所述步骤S3中，磷酸盐或磷酸与三价铁盐的浓度比为PO₄^3-:Fe＝1:1.5。

进一步地，所述制备方法还包括将S4、将所述步骤S3制得的纳米级磷酸铁进行煅烧结晶聚合。

进一步地，所述步骤S4中煅烧温度为450～600℃，时间为4～6h；优选地，所述煅烧温度为500℃，时间为5h。