[发明专利]一种磷酸铁及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种磷酸铁的制备方法，包括以下步骤：将铁盐在酸性条件下与多氨基化合物混合，得到第一混合溶液；将磷源、多羟基醇与水混合，得到第二混合溶液；将所述第一混合溶液与所述第二混合溶液混合，进行水热反应，得到水合磷酸铁；将所述水合磷酸铁进行煅烧，得到磷酸铁。本发明利用多氨基化合物络合铁盐中的铁离子，诱导磷酸铁定向生长成纳米片状结构基元，释放氨基；利用多氨基化合物运输磷酸铁纳米结构基元与多羟基醇结合，进行架桥，并采用水热法制备得到了具有放射状有序多孔道结构的磷酸铁，显著增加锂源浸润通道，降低了高温固相反应过程中离子向材料中心迁移的阻力，从而提高了磷酸铁锂的电化学性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料技术领域，具体涉及一种磷酸铁及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池是新一代绿色高能电池，具有工作电压高、能量密度大、循环性能好、质量轻及无污染等众多优点，广泛应用于移动电话、笔记本电脑、电子仪表和武器装备等。正极材料作为锂离子电池的核心部分之一，其性能是提高锂离子电池性能的关键。目前，用于锂离子电池的正极材料主要以氧化钴锂(LiCoO₂)、锰酸锂(LiMn₂O₄)和磷酸铁锂(LiFePO₄)为主，其中具有橄榄石结构的LiFePO₄由于具有价格低廉、原料丰富、热稳定性好、循环性能优良、无毒无害等优点，被认为是正极材料的首选，其前驱体磷酸铁的结构、形貌、分散性和比表面积对LiFePO₄的性能起至关重要的作用。

目前，磷酸铁的制备方法主要为水热法，例如专利CN106915734A中记载了一种磷酸铁的制备方法，包括如下步骤：将草酸铁程序升温焙烧，除去矿石中的游离水和结晶水，制得无水草酸铁；将所述无水草酸铁粉碎后过筛，根据过筛后无水草酸铁的质量用超临界水洗涤3次，过滤，制得草酸铁粉末；将所述草酸铁粉末放入反应器中，通入氧气，充分反应5h，制得纯化草酸铁；将磷酸钠加入磷酸酸化，调节pH，制得磷酸钠溶液；将所述纯化草酸铁与所述磷酸钠溶液转移至水热高温高压釜中，然后加入磷酸铁晶种，反应14h，制得磷酸铁晶体；向所述磷酸铁晶体中加入分散剂，充分混合，即制得磷酸铁。上述方法制备得到的磷酸铁的振实密度低，仅为0.9g/cm³，以此为原料合成的正极材料磷酸铁锂的电化学性能差。

因此，有必要对磷酸铁的制备方法进行改进以进一步提高磷酸铁锂的电化学性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磷酸铁及其制备方法和应用。本发明提供的制备方法制备得到的磷酸铁振实密度高，以此为原料制备的磷酸铁锂具备优异的电化学性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种磷酸铁的制备方法，包括以下步骤：

(1)将铁盐在酸性条件下与多氨基化合物混合，得到第一混合溶液；

(2)将磷源、多羟基醇与水混合，得到第二混合溶液；

(3)将所述步骤(1)得到的第一混合溶液与所述步骤(2)得到的第二混合溶液混合，进行水热反应，得到水合磷酸铁；

(4)将所述步骤(3)得到的水合磷酸铁进行煅烧，得到磷酸铁；

所述步骤(1)和步骤(2)没有先后顺序。

优选地，所述步骤(1)中铁盐包括硫酸铁或硝酸铁，多氨基化合物包括乙二胺和丙三胺中的至少一种。

优选地，所述步骤(1)中酸性条件的pH不高于2。

优选地，所述步骤(2)中磷源包括磷酸或磷酸二氢铵，多羟基醇包括直链多羟基醇。

优选地，所述直链多羟基醇包括聚乙烯醇或聚乙二醇。