[发明专利]一类具有微纳结构的磷酸铁盐及其制备方法以及磷酸铁锂材料

权利要求书

1.一种微纳结构磷酸铁盐，其特征在于所述微纳结构磷酸铁盐是指含0-2个结晶水的微纳结构碱式磷酸铁铵或微纳结构磷酸铁，所述微纳结构磷酸铁盐的一次颗粒粒径在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围，且平均尺寸为1～100纳米；由一次颗粒组成的二次颗粒粒径在0.5～10微米之间。

2.一种微纳结构磷酸铁盐的制备方法，其特征在于微纳结构磷酸铁盐是指含0-2个结晶水的微纳结构碱式磷酸铁铵或微纳结构磷酸铁，具体包括以下步骤：

1)向二价铁盐水溶液中加入磷源，控制亚铁离子摩尔浓度与磷酸根离子摩尔浓度比为0.8～1.2∶1，用硫酸或氨水溶液控制上述混合体系的pH＝1～5，在20～90℃下反应0.1～1小时；

2)在搅拌速率为200-1000rpm的条件下向上述混合体系中滴加化学计量比或过量0～50％的氧化剂，产生大量的沉淀，同时使用氨水控制PH＝1～5，并保持恒定，滴加结束后在20～90℃下继续反应2～72小时后，经聚集形成一定粒度分布的微纳结构颗粒；

3)将步骤2)所得的产物进行洗涤，直至检测不出硫酸根为止；洗涤后的产物在80～140℃下干燥1～10小时，得到含0～2个结晶水的微纳结构碱式磷酸铁铵；

4)将步骤3)所得的微纳结构碱式磷酸铁铵在400～800℃热处理2～10小时，得到无水微纳结构磷酸铁。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述二价铁盐为硫酸亚铁、硝酸亚铁、氯化亚铁或醋酸亚铁中的一种或几种，其水溶液浓度为0.05～5mol/L。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述磷源为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵或磷酸中的一种或几种。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述氧化剂为过氧化氢、过硫酸铵、次氯酸钠、氧气或空气中的一种或几种，其中过氧化氢、过硫酸铵和次氯酸钠的浓度为1-5摩尔/升，氧气与空气的流量为1-50升/分钟。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述步骤3)的硫酸根采用30％的氯化钡溶液进行检测。

7.一种磷酸铁锂材料，其特征在于所述磷酸铁锂材料是由微纳结构磷酸铁盐、锂源、碳源及掺杂物经过混合、干燥、并烧结制得，所述微纳结构磷酸铁盐是指含0-2个结晶水的微纳结构碱式磷酸铁铵或微纳结构磷酸铁，其一次颗粒粒径在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围，且平均尺寸为1～100纳米；由一次颗粒组成的二次颗粒粒径在0.5～10微米；所述的锂源和微纳结构磷酸铁盐中的Li∶Fe∶P的摩尔比为0.8～1.2∶0.8～1.2∶0.8～1.2，碳源为锂源、微纳结构磷酸铁盐和掺杂物质量之和的1～100％，所述掺杂物的量与微纳结构磷酸铁盐中铁的摩尔量之比为0.01～10％。

8.根据权利要求7所述的磷酸铁锂材料，其特征在于所述的锂源为氢氧化锂、碳酸锂、醋酸锂、硝酸锂、硫酸锂、氯化锂、溴化锂、氟化锂或氮化锂中的一种或几种；所述碳源为石墨烯、氧化石墨烯、石墨、葡萄糖、蔗糖、炭黑、乙炔黑、柠檬酸、酒石酸、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙烯或聚丙烯腈中的一种或几种；所述掺杂物为二氧化锰、二氧化钛、氧化镁或氧化钒中的一种或几种。

9.根据权利要求7所述的磷酸铁锂材料，其特征在于所述锂源和微纳结构磷酸铁盐中的Li∶Fe∶P摩尔比为1∶1∶1，所述碳源为锂源、微纳结构磷酸铁盐和掺杂物质量之和的1～5％。

10.根据权利要求7所述的磷酸铁锂材料，其特征在于所述混合是通过机械搅拌或高能研磨的方式进行；所述干燥采用喷雾干燥、直接加热干燥或真空抽滤手段进行；所述烧结是在惰性气体包括氩气、氮气，或还原气体包括氮气和氢气的混合气体、氩气和氢气的混合气体中的一种或几种气氛下进行，烧结温度在200～900℃，采用分段式或恒定温度烧结方式，烧结时间在6～96小时。