[发明专利]一种球形纳米磷酸铁的常温反应制备方法

说明书

本发明的目的在于提供球形纳米磷酸铁的常温反应制备方法，属于属于电池材料领域。其特征在于：在带搅拌的反应器中加入一定浓度的三价铁盐水溶液、磷酸水溶液和一定量的柠檬酸、表面活性剂，并用硝酸调节溶液pH值至1.0，然后在搅拌下通入氨气，控制通入氨气的流量，使溶液pH值逐渐升高，直至溶液pH值升高到3.5时，停止通入氨气，得到乳白色浆料。将浆料静置30分钟后过滤，用去离子水洗涤滤饼3次，然后将滤饼置于105℃干燥箱烘干3小时，冷却后，再经气流粉碎机粉碎，即可得到粒径为100～150纳米的白色球形磷酸铁。

技术领域

本发明涉及一种球形纳米磷酸铁的常温反应制备方法，属于电池材料领域。

背景技术

锂离子电池由于其优异的能量密度兼具良好的倍率性能及循环寿命被广泛应用到日常生活的电子设备中。作为锂离子电池正极材料的磷酸铁锂，以其对环境友好、原材料来源丰富、比容量高、循环性能及安全性能好等显著特点，在锂离子电池应用方面前景广阔。但电子电导率低于锂离子扩散速度以及振实密度小导致锂离子电池导电性不理想是制约其发展的两大核心问题。为提高磷酸铁锂的导电性，通常采用以下三种途径：(1)在颗粒表面进行包覆改性，如通过包覆碳(氧化石墨烯、三维石墨烯)等；(2)掺杂金属离子，如掺杂钴、镍、锰等金属离子；(3)合成粒径小的磷酸铁锂颗粒。包碳会导致其振实密度降低，另外包覆碳尤其是包石墨烯的工艺相对比较复杂，成本也较高。掺杂钴、镍、锰等金属离子的电池会带来环保问题，电池安全性也有所下降。多年研究表明，利用球形、纳米级的磷酸铁为前驱体制备磷酸铁锂，是提高其振实密度和导电性能的有效手段。目前纳米磷酸铁主要是采用水热法、喷射高温干燥法和均相沉淀法等方法制备，水热法和喷射高温干燥法需要高温高压或者高温条件，进行规模化工业生产困难大。采用均相沉淀法制备时需要加入均相沉淀剂如尿素并加热至约85℃～100℃进行反应，反应温度的升高和反应时间的延长会使产物颗粒加大。

发明内容 为克服现有纳米磷酸铁前驱体制备方法的不足，本发明提出了一种常温下通过液相沉淀反应制备纳米磷酸铁的方法，所得的磷酸铁产品颗粒形貌为球形，粒径100～150纳米。本发明所采取的技术方案是：在带搅拌的反应器中加入一定浓度的三价铁盐水溶液、磷酸水溶液和一定量的柠檬酸、表面活性剂，并用硝酸调节溶液pH值至1.0，然后在搅拌下通入氨气，控制通入氨气的流量，使溶液pH值逐渐升高，直至溶液pH值升高到3.5时，停止通入氨气，得到乳白色浆料。将浆料静置30分钟后过滤，用去离子水洗涤滤饼3次，然后将滤饼置于105℃干燥箱烘干3小时，冷却后，再经气流粉碎机粉碎，即可得到粒径为100～150纳米的白色球形磷酸铁。

如上所述的三价铁盐为硝酸铁或氯化铁或硫酸铁或它们之间的混合物。

如上所述的三价铁盐的质量摩尔浓度为：0.1～1.0mol·kg^-1。

如上所述的磷酸与三价铁离子(Fe³⁺)的物质的量之比为1～1.3∶1。

如上所述的柠檬酸的质量百分比浓度为：1～10％(以磷酸水溶液的质量计)。

如上所述的表面活性剂为：十二烷基三甲基氯化铵或者十四烷基三甲基氯化铵或者十六烷基三甲基氯化铵或者十二烷基三甲基溴化铵或者十四烷基三甲基溴化铵或者十六烷基三甲基氯化铵或者它们的混合物。

如上所述的表面活性剂的质量百分比浓度为：0.1～5％(以磷酸水溶液的质量计)。

本发明所制备的球形纳米磷酸铁反应条件温和，制备方法简单，以所制备的磷酸铁为前驱物，采用碳热还原法制备得到的磷酸铁锂/C正电极材料在0.5C条件下，放电容量达到155～163mA·h/g。

附图说明

附图1为所制备的球形纳米磷酸铁的扫描电镜图。

具体实施方式

通过以下实施例进一步阐述本发明，但本发明不仅局限于以下实施例。