[发明专利]一种3D微纳结构球形活性磷酸铁的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磷酸铁的制备方法，尤其是涉及一种3D微纳结构球形活性磷酸铁的制备方法。

背景技术

目前，磷酸铁锂电池电导率都较低，为提高电导率，将材料做成纳米级，但将材料做成纳米级后，材料的振实密度有所降低，从而使最终电池产品的功率降低。而且，目前在LiFePO₄的合成中，为保证产品质量，往往采用价格昂贵的二价铁(常用二价铁原料：FeSO₄；FeCl₂；NH₄FeSO₄),纳米材料自组装成为微米材料，该方法能在一定程度提高性能，但往往或价格昂贵，或步骤复杂，或最终性能未尽如人意，成为最终产品价格高企的一个重要原因。采用微波法，产品性能相对较差，设备贵；水热法要用到高压水热釜，设备贵，合成步骤复杂，且安全性差，容易出事故；采用掺杂法制备得到的产品性能难以同时兼具良好高倍率充放电性能和较高的振实密度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种振实密度较大的3D微纳结构球形活性磷酸铁的制备方法，制备得到的磷酸铁，锂化后制备的电池，充放电性能、倍率性能较好。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，一种3D微纳结构球形活性磷酸铁的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）称取1～5克表面活性剂,溶解于200ml 蒸馏水中，搅拌溶解，得表面活性剂溶液；

所述表面活性剂优选十二烷基硫酸钠(缩写SDS)或十六烷基三甲基溴化铵；

（2）称取九水硝酸铁[Fe(NO₃)₃·9H₂O]，作为铁源，溶解于90ml蒸馏水中，所述九水硝酸铁与蒸馏水的质量比为（0.2～4）：90,搅拌15～240分钟，得九水硝酸铁溶液；

（3）将步骤（2）所得九水硝酸铁溶液滴加到步骤（1）所得表面活性剂溶液中，搅拌15～240分钟，得溶液A；

该过程中表面活性剂包裹在Fe³⁺周围，使之形成均匀透明溶液；

（4）称取H₃PO₄溶液（所述H₃PO₄溶液的质量浓度优选75～85wt%），所述H₃PO₄溶液中的H₃PO₄与步骤（2）称取的Fe(NO₃)₃·9H₂O摩尔比为1：（0.8～1.2）；将磷酸溶液加入步骤（3）所得溶液A中，搅拌混合30～240分钟，得澄清透明溶液B；

此过程中反应方程式为：Fe³⁺ + PO₄^3－  →FePO₄

（5）将步骤（4）所得澄清透明溶液B在80～100℃水浴条件下反应2~4天，或150～200℃油浴条件下反应2～8小时； 

（6）室温自然冷却，再固液分离，所得固体产品用乙醇和蒸馏水交替洗涤，各洗涤1～5次，离心分离，得白色沉淀；将白色沉淀于80～110℃烘干，得白色粉末，即为具有3D微纳结构的FePO₄·2H₂O。

本发明所得3D微纳结构的FePO₄·2H₂O的优势：

（1）单个的纳米片能最大限度的缩短锂离子、电子在材料中传导的路径，提高电导率；

（2）整体而成的微米球能最大限度的提高材料的振实密度，从而提高最终产品电池的功率；本发明所得3D微纳结构的FePO₄·2H₂O，锂化后得到的LiFePO4的振实密度为1.50～1.54g/cm³；（现有技术所得材料的振实密度为1.1～1.2 g/cm³）；

（3）纳米片之间的微小缝隙能使电解液渗透到材料中，最大限度的促进锂离子、电子在材料中的传导，提高电导率。