[发明专利]一种FePO4的简易制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料LiFePO₄的前驱体FePO₄的制备方法。

背景技术

近年来，以高电压、高比能量、绿色环保、便于携带为主要特征的锂离子电池得到日益广泛的应用。而锂离子电池的正极材料作为关键的因素，得到了广泛的关注与研究。具有橄榄石结构的磷酸铁锂(LiFePO₄)能可逆地嵌入和脱嵌锂离子，且因为其具有无毒、原料来源广泛、成本低、热稳定性好等特点，被认为是锂离子电池的理想正极材料。

制备磷酸铁锂可选用的铁源分为三价与二价两种。其中，二价铁源的价格较高，且易氧化，即使使用惰性气氛，依旧难免出现三价铁与二价铁的混杂(米常焕，曹高劭，赵新兵.碳包覆LiFePO₄的一步固相法制备及高温电化学性能[J].无机化学学报，2005，21(4)：556-560)。而且某些二价铁源，如FeC₂O₄·2H₂O和Fe(CH₃COO)₂不但价格较贵，还有毒性(Okadaa S，Yamamotoa TOkazaki Y，Yamaki J，Tokunaga M，Nishida T.Cathode properties of amorphous and erystalline FePO₄[J].Journal of Power Souree，2005，146(1-2)：570-574)。而FePO₄作为三价铁源，成本较低，并且化学性质稳定，不易引入其它元素，是合成磷酸铁锂的理想材料。

目前，合成磷酸铁的方法主要有共沉淀法，水热法，溶胶凝胶法等。

共沉淀法又称液相沉淀法，操作过程简便、设备简单、能耗低、得到的粒径细小、分布均匀，具有产业化前途。均相沉淀法也可以归为液相沉淀法的一种，它采用的方法是加入沉淀剂以达到沉淀均匀的目的，其优势在于不使用氧化剂，但不具有大规模工业生产的价值。水热法得到粉体的颗粒细小均匀，反应充分，并且反应工艺条件简单。但水热法需使用高压反应釜，投料是一次性，反应过程无法控制，最重要的受高压釜容器大小的限制，难以实现工业化生产。溶胶凝胶法仅需较低的温度，产物较均匀。但合成步骤较多，且由于凝胶中存在大量微孔，干燥过程中产物易产生收缩。陈亦可等(陈亦可，冈田重人，山木准一.FePO₄的制备及其在锂电池中的应用[J].华侨大学学报(自然科学版)，2002，23(4)：407-411.)使用由铁粉与H₃PO₄或NH₄H₂PO₄在水相中反应后，经高温煅烧合成结晶状FePO₄，研磨后与导电剂混合，这是一种方法简单、成本低廉的生产方法，但效果欠佳。Okada等(Okadaa S，Yamamotoa T，Okazaki Y，Yamakia J，Tokunagab M，Nishidab T.Cathode properties of amorphous and erystalline FePO₄[J].Joumal of Power Souree，2005.146(1-2)：570574)将P₂O₅与Fe混合，加水球磨24h，煅烧后，再干磨24h，最大可以得到35％的比容量提升。该方法成本低，所需温度较低，但时间过长。

纵观上述分析方法，存在的主要问题是生产效率低、不适宜规模化生产或是产物颗粒不均匀。因此开发操作简单、产品质量稳定的FePO₄制备方法十分迫切。

发明内容

本发明提供一利FePO₄的简易制备方法。

本发明的技术方案是：将硝酸铁水溶液和磷酸氢二铵水溶液均匀混合，用氨水溶液调节pH值使之保持在1.8～2.4。然后在保温条件下搅拌0.5h以上。将得到的反应液抽滤，用去离子水洗涤磷酸铁的滤渣，得到黄白色的磷酸铁浆料。经干燥，得到结晶FePO₄·xH₂O。研磨，得到磷酸铁粉末。然后在400-900℃恒温煅烧2-8h，得到无水FePO₄。

根据本发明的技术方案，所述Fe(NO₃)₃的浓度为0.05-2mol/L。