[发明专利]一种纳米球形磷酸铁的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机材料及能源材料锂电池技术领域，特别是一种纳米球形磷酸铁的制备方法。 

背景技术

磷酸铁(FePO₄)具有广泛的应用，主要有陶瓷行业、食品行业、以及电池行业等。在食品行业，磷酸铁主要用作强铁剂，即补铁作用，因此需要产品的纯度高，无有害元素存在；在电池行业，磷酸铁路线合成电池正极材料磷酸铁锂，是一种新型且具有竞争力的路线，其中主要原料磷酸铁除提供铁元素、磷元素以外，磷酸铁的晶体结构与磷酸铁锂的晶体结构基本相同，使得磷酸铁还起到提供磷酸铁锂基本骨架的作用，但由于磷酸铁的形貌、结构、元素配比等特征，严重影响磷酸铁锂的电化学性能。 

另外，正交橄榄石结构的磷酸铁锂(LiFePO₄)正极材料虽然集中了LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄等材料的各自优点(即磷酸铁锂不含贵重金属，原料价廉，资源极为丰富；工作电压适中(3.4V)；平台特性好，电压平稳(可与稳压电源媲美)；理论容量大(170mAh/g)；结构稳定，安全性能极佳(O与P以强共价键牢固结合，使材料很难析氧分解)；高温性能和循环性能好；充电时体积缩小，与碳负极材料配合时的体积效应好；与大多数电解液系统相容性好，储存性能好；无毒。)，然而磷酸铁锂存在两个明显的缺点，一是电导率低，导致高倍率充电性能差，实际比容量低；二是堆积密度低，导致体积比容量低。这两个缺点阻碍了该材料的实际应用。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种可有效控制磷酸铁的形貌和粒径，进而提高电池正极材料磷酸铁锂的电导率和振实密度，达到改善磷酸铁锂体积比容量以及电化学性能的纳米球形磷酸铁的制备方法。 

本发明是通过如下技术方案实现的：一种纳米球形磷酸铁的制备方法，该纳米球形磷酸铁的制备方法包括以下步骤： 

⑴将铁源化合物、磷源化合物分别导入反应釜中，加热到一定反应温度后，搅拌使物料保持内循环状态； 

⑵向反应釜内加入沉淀剂化合物溶液，调节pH＝1.8～2.5，得到的反应混合物浆体； 

⑶在步骤⑵中得到的反应混合物浆体，经过静置陈化分离后，用去离子水洗涤产物至 排出液的pH＝6.0～7.0，将所得沉淀物干燥并对其进行表面处理，即得到纳米球形磷酸铁。 

在所述的一种纳米球形磷酸铁的制备方法中，在步骤⑴中在反应釜中导入氧化剂使亚铁完全氧化，氧化剂为空气、氧气、次氯酸钠、氯酸钠或双氧水。 

在所述的一种纳米球形磷酸铁的制备方法中，步骤⑴中所述的铁源化合物为硫酸亚铁、硝酸亚铁、氯化亚铁、草酸亚铁、醋酸亚铁、硫酸铁、硝酸铁、氯化铁和醋酸铁中的一种；铁源化合物的浓度为1.0～3.0mol/L。 

在所述的一种纳米球形磷酸铁的制备方法中，步骤⑴中所述的磷源化合物为磷酸、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、磷酸三钠中的一种或一种以上；磷源源化合物的浓度为2.0～6.0mol/L。 

在所述的一种纳米球形磷酸铁的制备方法中，在步骤⑴中所述的反应温度为60～95℃。 

在所述的一种纳米球形磷酸铁的制备方法中，在步骤⑴中物料保持内循环状态的时间为30～300min。 

在所述的一种纳米球形磷酸铁的制备方法中，步骤⑵中所述的沉淀剂为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、氨水中的一种或一种以上；沉淀剂化合物的浓度为1.0～9.0mol/L，向反应釜内加入沉淀剂化合物溶液的流速为0.2～20.0L/min。 

在所述的一种纳米球形磷酸铁的制备方法中，在步骤⑶中，静置陈化时间为30～600min；洗涤用去离子水温度为25～90℃；所得沉淀物的干燥温度为25～500℃，干燥时间为≤20h。 

在所述的一种纳米球形磷酸铁的制备方法中，在步骤⑶中，对干燥的沉淀物进行表面处理是采用热表面处理，其中温度范围为200～600℃，处理时间为1～6h。 

在所述的一种纳米球形磷酸铁的制备方法中，反应釜采用恒温均质变速乳化反应釜。 

在所述的一种纳米球形磷酸铁的制备方法中，恒温均质变速乳化反应釜的主体采用耐酸碱的316号不锈钢材料制造。