[发明专利]一种可灵活调节晶体结构的二水磷酸铁及其制备方法

说明书

本发明公开了一种可灵活调节晶体结构的二水磷酸铁及其制备方法，该方法包括如下步骤：先将硫酸亚铁溶解除杂后制得硫酸亚铁反应溶液A；然后以磷酸一铵NH₄H₂PO₄或磷酸二铵（NH4)₂HPO₄进行一定比例配置，制得磷盐溶液B；而后将A、B及氧化剂进行反应制得无定形磷酸铁，用压滤机进行压滤漂洗去除离子状态的杂质元素，得到干净的滤饼；最后加水将滤饼分散，加入一定的磷酸调节酸度，同时加入不定量的氨水，所制备的磷酸铁具有两相：Fe(PO₄)·2H₂O和NH₄Fe₂(OH)(PO₄)₂·2H₂O。本发明可根据氨水加入量不同灵活调节两相比例，此方法制备的磷酸铁颗粒大小均匀、致密、类球形、纯度高、杂质元素低，且可通过调节磷酸铁晶体结构来调控磷酸铁锂正极材料形貌，提高材料倍率性能。

技术领域

本发明涉及合成过程控制技术领域，具体涉及一种可灵活调节晶体结构的二水磷酸铁及其制备方法。

背景技术

锂离子电池以其能量密度高，寿命长，对环境友好等优势，被广泛关注。其中正极材料是影响锂离子电池关键性能的核心材料，目前常用的稳定材料主要有钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰三元、磷酸铁锂。磷酸铁锂是一种具有橄榄石结构的电池材料，结构稳定可靠，循环过程中形变小，寿命长，逐渐成为储能电站和新能源电动汽车替代能源的首选。但是磷酸铁锂本征电导率低，离子扩散系数小，使得其低温性能和高倍率性能较差，直接影响大规模推广应用。

克服磷酸铁锂在高倍率放电时容量严重衰减的缺点，可以从提高材料的电子电导率和离子电导率两个方向进行。无论碳包覆技术还是金属离子掺杂技术，改善的都仅仅是磷酸铁锂材料的电子电导率，同样重要的离子电导率并未获得改善。颗粒半径越大，锂离子和电子在材料中固相扩散的路程就越长，不利于锂离子快速的从材料中扩散出来。缩小材料的粒径可以改善这个缺点，并且有利于增大锂离子的扩散面积。研究发现，纳米级的磷酸铁锂比微米级的磷酸铁锂的电位值要略高，侧面证明了纳米级材料中Li+的极化现象更小，更容易从材料中扩散出来。

当前我国主流磷酸铁锂工艺路径分为固相法与液相法，其中使用固相法磷酸铁工艺的企业可占比全行业数量的90%以上。前驱体的各项性能对磷酸铁锂的性能起到至关重要的作用。磷酸铁锂的前驱体磷酸铁晶体结构不同，磷酸铁的形貌不一样。通过控制和设计磷酸铁的晶体结构，制得颗粒大小均匀、致密、类球形、纯度高、杂质元素低的磷酸铁，有利于磷酸铁锂的纳米化，提高锂离子的扩散速度。

多孔材料存在丰富的网络状结构的孔洞，有利于改善材料的电子电导率，缩短材料内部的锂离子进入电解质的扩散路径。若磷酸铁作为前驱体制备磷酸铁锂过程中可产生水蒸气和氨气，有利于磷酸铁锂孔洞的大量生成，制得多孔的磷酸铁锂材料，有利于改善磷酸铁锂正极材料电子导电率和离子迁移率。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种可灵活调节晶体结构的二水磷酸铁及其制备方法。本发明提供的可灵活调节晶体结构的二水磷酸铁可在磷酸铁锂生产过程中分解产生水蒸气和氨气，气体溢出过程产生大量的孔洞，同时阻碍正极材料颗粒的长大和团聚，有利于改善材料的电子电导率，缩短材料内部的锂离子进入电解质的扩散路径，提高锂离子的迁移率。

为实现上述目的，本发明提供了一种可灵活调节晶体结构的二水磷酸铁及其制备方法，其采用以下技术方案：一种可灵活调节晶体结构的二水磷酸铁，其化学结构式为X·Fe(PO4)·2H2O/（1-X）·NH4Fe2(OH)(PO4)2·2H2O，其中0≤X≤1。

进一步地，所述二水磷酸铁晶体结构由Fe(PO4)·2H2O和NH4Fe2(OH)(PO4)2·2H2O组成，二水磷酸铁含水率≤1%。

一种可灵活调节晶体结构的二水磷酸铁制备方法，所述方法包括下列步骤：