CN101269807A - 一种高密度球形磷酸铁及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种高密度球形磷酸铁及其制备方法，制备的材料主要用于制备锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂。该方法是以铁源及添加剂为原料，用无离子水溶解制成混合溶液A；以磷酸盐及中和剂为原料，用无离子水溶解制成混合溶液B。把A和B溶液混合反应，对制备材料进行洗涤及烘干处理，则可得到平均粒径1.5～5微米，振实密度≥0.95g/cm3，颗粒分散，大小均匀的高密度球形磷酸铁。使用高密度球形磷酸铁制备的磷酸亚铁锂，晶体结构更加趋于完美，锂离子嵌入/脱嵌通道正常，在1C条件下放电容量能达到140mAh/g。该方法工艺简单，容易实现工艺化，并且用这种磷酸铁合成的磷酸亚铁锂具有更好的结晶度及更佳的晶体结构，能提高磷酸亚铁锂的电化学性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种高密度球形磷酸铁的制备方法，制备的材料主要用于制备锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂。
背景技术
锂离子电池是一种新兴电源，它具有电压高、容量大、安全及环保等诸多优点，因此在二次电池领域受到广泛应用。
而目前锂离子电池主要是钴酸锂正极材料，但钴是战略资源且资源紧缺，钴酸锂的热稳定性相对又较差，难以满足作为动力锂离子电池安全性这一要求。而以磷酸亚铁锂为正极材料的锂离子二次电池具有优异的热稳定性和稳定的循环充放电性能，被业界称为“最安全的锂电池”，因此在近2年，磷酸盐系正极材料(磷酸亚铁锂)作为大容量动力电池应用的首选材料而备受国内外关注。
然而，磷酸亚铁锂存在两个明显的缺点，一是电导率低，导致高倍率充放电性能差，实际比容量低；二是堆积密度低，导致体积比容量低。这两个缺点阻碍了磷酸亚铁锂的实际应用。要解决这两个缺点必须要从提高原料性能着手，制备高密度及球形形貌的原材料是提高正极材料性能的方向。
发明内容
本发明提供了一种高密度球形磷酸铁制备方法，通过控制合成工艺制备出球形颗粒，再把此化合物进行烘干，则可获得高密度球形磷酸铁。该法工艺简单，容易实现工艺化，并且用这种磷酸铁合成的磷酸亚铁锂具有更好的结晶度及更佳的晶体结构，能提高磷酸亚铁锂的电化学性能。
本发明的技术方案为：
一种高密度球形磷酸铁，为球形分散颗粒，大小均匀，平均粒径1.5～5微米，振实密度≥0.95g/cm3。
一种高密度球形磷酸铁的制备方法，包括一下步骤：
①、称取工业级铁源和添加剂，溶于无离子水，配制成铁源浓度为0.5～4mol/L、添加剂浓度为0.05～4mol/L的混合溶液A。
②、称取工业级磷酸盐及中和剂，溶于无离子水。配制成磷酸盐浓度为0.5～5mol/L、中和剂浓度为0.5～4mol/L的混合溶液B。
③、在搅拌容器中加入1/6～2/3容积的无离子水，并将水加热到40℃～60℃。在强搅拌下，按流量A∶B＝1∶0.4～3，将A、B两种溶液同时加入到反应容器中，控制PH值0.3～4.0。反应生成的沉淀溢流在另一容器中陈化4～10小时即可。
④、然后过滤③项的沉淀，并用滤饼3～10倍重量的去离子水洗涤1～5次，直到PH大于7.0，然后过滤，滤饼在100～120℃的烘箱中烘4～15小时，即可得到高密度球形磷酸铁。
上述所用铁源为硝酸铁、硫酸铁、三氯化铁中的一种或几种。
上述所用的添加剂为柠檬酸铵、草酸铵中的一种或几种。
上述所用的磷酸盐为磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸二氢钠及磷酸氢二钠中的一种或几种。
上述所用的中和剂为氢氧化钠、氨水、乙酸钠及乙酸铵中的一种或几种。
本发明一种高密度球形磷酸铁的制备方法，具有以下优点：
1、采用特殊的沉淀工艺制备磷酸铁，在制备的过程中，可有效的控制产品的平均粒径1.5～6微米、提高了材料振实密度≥0.95g/cm3；材料形状为球形颗粒，洗涤更容易，因而材料的纯度更高。
2、使用本发明高密度球形磷酸铁合成的锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂，材料的晶体结构更加趋于完美，锂离子嵌入/脱嵌通道正常，在1C条件下放电容量能达到140mAh/g。
3、使用高密度球形磷酸铁作为原材料，工艺路线简单，工序少，能降低制备磷酸亚铁锂的材料成本及加工成本。
具体实施方式
通过以下实施例可以进一步阐述本发明，但本发明不仅局限于以下实施例。
实施例1：
用去离子水将三氯化铁配成3mol、柠檬酸铵配成2mol的混合溶液，用去离子水将磷酸氢二铵配成3mol、氢氧化钠配成1mol的混合溶液，打开反应容器的搅拌，投入容器1/3容积的去离子水，并将底水加热到40℃，三氯化铁以5～15ml/min的流速加入到反应容器中，磷酸氢二铵以5～15ml/min的流速加入到反应容器中，通过调节磷酸氢二铵的流速，控制PH值为3.0±0.8，反应生成的沉淀悬浮液溢流到另一容器中陈化，陈化6小时后，将沉淀洗涤干净，直到洗涤水PH大于6.8，然后过滤，滤饼在100～120℃的烘箱中烘4～15小时，即可得到高密度球形磷酸铁。
实施例2：
用去离子水将硫酸铁配成2mol、柠檬酸铵配成1mol的混合溶液，用去离子水将磷酸二氢钠配成3mol、乙酸铵配成2mol的混合溶液，打开反应容器的搅拌，投入容器1/3容积的去离子水，并将底水加热到40℃，硫酸铁以5～15ml/min的流速加入到反应容器中，磷酸二氢钠以5～15ml/min的流速加入到反应容器中，通过调节磷酸二氢钠的流速，控制PH值为3.0±0.8，反应生成的沉淀悬浮液溢流到另一容器中陈化，陈化6小时后，将沉淀洗涤干净，直到洗涤水PH大于6.8，然后过滤，滤饼在100～120℃的烘箱中烘4～15小时，即可得到高密度球形磷酸铁。
实施例3：
用去离子水将硝酸铁配成4mol、柠檬酸铵配成2mol的混合溶液，用去离子水将磷酸二氢铵配成3mol、氨水配成2mol的混合溶液，打开反应容器的搅拌，投入容器2/3容积的去离子水，并将底水加热到40℃，硝酸铁以5～15ml/min的流速加入到反应容器中，磷酸二氢铵以5～15ml/min的流速加入到反应容器中，通过调节磷酸二氢铵的流速，控制PH值为3.0±0.8，反应生成的沉淀悬浮液溢流到另一容器中陈化，陈化6小时后，将沉淀洗涤干净，直到洗涤水PH大于6.8，然后过滤，滤饼在100～120℃的烘箱中烘4～15小时，即可得到高密度球形磷酸铁。
实施例4：
用去离子水将硝酸铁配成3mol、柠檬酸铵配成2mol的混合溶液，用去离子水将磷酸二氢钠配成3mol、乙酸钠配成1mol的混合溶液，打开反应容器的搅拌，投入容器2/3容积的去离子水，并将底水加热到40℃，硝酸铁以5～15ml/min的流速加入到反应容器中，磷酸二氢钠以5～15ml/min的流速加入到反应容器中，通过调节磷酸二氢钠的流速，控制PH值为3.0±0.8，反应生成的沉淀悬浮液溢流到另一容器中陈化，陈化6小时后，将沉淀洗涤干净，直到洗涤水PH大于6.8，然后过滤，滤饼在100～120℃的烘箱中烘4～15小时，即可得到高密度球形磷酸铁。
Claims (6)
1、一种高密度球形磷酸铁，其特征在于：所制备的磷酸铁为球形分散颗粒，大小均匀，平均粒径1.5～5微米，振实密度≥0.95g/cm3。
2、一种高密度球形磷酸铁的制备方法，其特征在于：所述的制备高密度球形磷酸铁的工艺，包括一下步骤：
①、称取工业级铁源和添加剂，溶于无离子水，配制成铁源浓度为0.5～4mol/L、添加剂浓度为0.05～4mol/L的混合溶液A；
②、称取工业级磷酸盐及中和剂，溶于无离子水，配制成磷酸盐浓度为0.5～5mol/L、中和剂浓度为0.5～4mol/L的混合溶液B；
③、在搅拌容器中加入1/6～2/3容积的无离子水，并将水加热到40℃～60℃，在强搅拌下，按流量A∶B＝1∶0.4～3，将A、B两种溶液同时加入到反应容器中，控制PH值0.3～4.0，反应生成的沉淀溢流在另一容器中陈化4～10小时即可；
④、然后过滤③项的沉淀，并用滤饼3～10倍重量的去离子水洗涤1～5次，直到PH大于7.0，然后过滤，滤饼在100～120℃的烘箱中烘4～15小时，即可得到高密度球形磷酸铁。
3、根据权利要求2所述的高密度球形磷酸铁的制备方法，其特征在于所用铁源为硝酸铁、硫酸铁、三氯化铁中的一种或几种。
4、根据权利要求2所述的高密度球形磷酸铁的制备方法，其特征在于所用的添加剂为柠檬酸铵、草酸铵中的一种或几种。
5、根据权利要求2所述的高密度球形磷酸铁的制备方法，其特征在于所用的磷酸盐为磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸二氢钠及磷酸氢二钠中的一种或几种。
6、根据权利要求2所述的高密度球形磷酸铁的制备方法，其特征在于所用的中和剂为氢氧化钠、氨水、乙酸钠及乙酸铵中的一种或几种。
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