[发明专利]一种磷酸铁及磷酸铁锂的制备方法以及磷酸铁、磷酸铁锂

说明书

【技术领域】

本发明涉及锂离子二次电池正极材料制备技术领域，特别是涉及一种磷酸铁及磷酸铁锂的制备方法以及磷酸铁、磷酸铁锂。

【背景技术】

随着全世界石油资源的不断减少和汽车尾气对环境污染的日益严重，混合电动车（HEV）和电动车（EV）己成为将来燃油驱动汽车的替代者而备受关注，而移动电源系统是作为电动汽车的关键部件之一。因此，高性能（即高比能量、长寿命、安全性）、低成本和环境友好的电池将成为移动电源产业发展的重点和热点。锂离子电池正是为适应这一需求而发展起来的新一代绿色高能充电电池。它具有电压高、体积小、质量轻、比能量高、无记忆效应、无污染、自放电小、寿命长等突出优点。

自1997年Padhi等人报道具有橄榄石结构的磷酸铁锂材料可以用作锂离子电池的正极材料，由于其价格便宜、环保无污染、不吸潮、热稳定性好等优点，成为目前最具潜力的正极材料之一，为广大科研机构和商业机构所关注。近年来，许多科研工作者对该材料做了大量的研究、开发和改进，目前该材料已经逐步走向商业化，并运用于高容量、高功率和长寿命型锂离子电池市场当中。磷酸铁锂代表着动力电池正极材料的未来发展方向。

目前，固相合成法是制备商业用磷酸铁锂的主要方法，但是由于二价铁源成本高、保存困难且合成的磷酸亚铁锂粒径大（D>1μm）、均匀性差等缺陷难以满足动力型锂离子电池的需求，所以采用价廉且性能稳定的三价铁代替二价铁作铁源，合成磷酸铁为前驱期制备磷酸铁锂。如公开号为CN103241720A、CN103569988A和CN102303858A的专利申请中公布的方法，即将铁源和磷源充分混合，生成磷酸铁并作为前驱体，加入锂源后采用碳热还原法处理，即在惰性气体保护下高温焙烧形成磷酸铁锂。该法制备工艺简单，反应条件易控，便于工业化生产。但是现有制备磷酸铁的方法，在生成磷酸铁沉淀之后，需对产物进行抽滤水洗，将未沉淀出来的铁离子和磷酸根离子以及杂质去除，产生了大量的生产废水，增加了生产成本，同时也对环境造成影响。此外，现有市面上销售的磷酸铁颗粒较大不均匀且结晶度差别很大，而以该磷酸铁为原材料采用碳热还原法制备磷酸铁锂后，也导致合成的磷酸铁锂的粒径大而且不均匀，性能差异很大。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题是：弥补上述现有技术的不足，提出一种磷酸铁及磷酸铁锂的制备方法以及磷酸铁、磷酸铁锂，制得的磷酸铁粒径小且均匀，且制备过程无副产物生成，无废水排放，对环境无污染。

本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：

一种磷酸铁的制备方法，包括以下步骤：1）将丙烯酸铁溶于去离子水或者蒸馏水中，配制浓度为0.1～1mol/L丙烯酸铁水溶液；2）将可溶性磷酸盐溶于去离子水或者蒸馏水中，配制浓度为0.1～2mol/L可溶性磷酸盐水溶液；3）在25～50℃、频率为30～100KHz的超声和搅拌条件下，按照摩尔比Fe：P＝1：1～1.05将步骤1）中所述丙烯酸铁水溶液加入到步骤2）中所述可溶性磷酸盐水溶液中，然后加入氨水调节溶液pH到2～4，超声反应30～60min后停止超声，继续搅拌反应30～180min，得到丙烯酸铵和磷酸铁的混合悬浮液；4）在步骤3）得到的所述混合悬浮液中，添加相当于所述丙烯酸铵质量0.5～2.5%的自由基引发剂引发所述丙烯酸铵进行单体聚合，加热升温至50～80℃的温度条件下进行1～8小时的聚合反应，然后冷却至室温，过滤、干燥后即制得磷酸铁。

根据如上所述的制备方法制得的磷酸铁，所述磷酸铁的颗粒呈球形，平均粒径为50～60nm，表面包覆聚丙烯酸铵。

一种磷酸铁锂的制备方法，根据如上所述的制备方法制得磷酸铁，将所述磷酸铁与锂源化合物混合后采用碳热还原法制得磷酸铁锂。

根据如上所述的制备方法制得的磷酸铁锂，所述磷酸铁锂的颗粒呈球形，一次颗粒平均粒径为70～80nm，二次颗粒平均粒径为2～3um，表面包覆碳膜。

本发明与现有技术对比的有益效果是：