CN104505495A - 一种超声制备磷酸铁锂的纳米磷酸铁的方法 - Google Patents

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Abstract

一种超声制备磷酸铁锂的纳米磷酸铁的方法，属于锂离子电池关键材料技术领域。本发明的目的在于使用低价的原料，简易的工艺制备磷酸铁锂电极材料原料纳米磷酸铁；此方法合成的产品，具有小的粒径和窄的粒度分布。其步骤是：首先将可溶性亚铁盐和分散剂配制成水溶液加入超声反应器中，其次将氧化剂加入超声反应器中，然后加入磷源并以碱性溶液调节超声反应器内反应液pH至5～8，将沉淀物洗涤、过滤、真空干燥得纳米磷酸铁。本发明具有以下优点：1）采用超声反应器，反应速度快；2）合成的产品粒度小，分布窄；3）使用的原料低价。

Description

一种超声制备磷酸铁锂的纳米磷酸铁的方法
技术领域
本发明主要涉及一种通过超声法制备磷酸铁锂正极材料的纳米磷酸铁的方法，属于锂离子电池关键材料技术领域。
背景技术
近年来,磷酸铁锂电极材料的制备成为锂离子电池发展的热点，为提高磷酸铁锂的高倍率和低温放电性能，很多研究机构都在尝试将磷酸铁锂合成的关键原材料磷酸铁纳米化以提高磷酸铁锂的导电性能。刘晓敏采用射流反应器制备了10-50nm的纳米磷酸铁粉末（CN103011119A）杨晖等采用微通道反应器制备了纳米磷酸铁（CN102456873A）。
在纳米材料制备的应用中，超声化学方法已成为制备具有特殊性能新材料的一种很有用的技术。超声波发生器产生的巨大能量能使反应物产生的特殊的物理、化学环境为制备纳米材料提供了重要的途径。 超声波辅助纳米材料制备可以细化纳米粒子,促进纳米粒子晶型转化,提高纳米材料的某些特殊性能采用超声波方式进行化学反应，与传统方法相比较具有操作简单，化学反应条件温和，反应时间缩短，反应产率提高，产物粒度更小、粒度分布更窄等优点。
国内外已经有很多研究机构利用超声波制备纳米材料。张林刚等在二十世纪九十年代就提出采用超声法制备纳米粒子（CN1129263A），杨占寿等使用超声反应器制备了球形纳米碳酸锶（CN104016394A）。
发明内容
本发明的目的在于使用低价的原料，简易的工艺制备磷酸铁锂电极材料原料纳米磷酸铁；此方法合成的产品，具有小的粒径和窄的粒度分布。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种用于制备磷酸铁锂材料的纳米磷酸铁的制备方法，其步骤是：首先将可溶性亚铁盐和分散剂配制成水溶液加入超声反应器中，其次将氧化剂加入超声反应器中，然后加入磷源并以碱性溶液调节超声反应器内反应液pH至5～8，将沉淀物洗涤、过滤、真空干燥得纳米磷酸铁。
根据所述的用于制备磷酸铁锂材料的纳米磷酸铁的制备方法，所述的超声反应器为恒温超声波反应器。
根据所述的用于制备磷酸铁锂材料的纳米磷酸铁的制备方法，所述可溶性亚铁盐为硫酸亚铁、硫酸亚铁铵、氯化亚铁中的一种，溶液浓度为0.01～5 moL/L。
根据所述的用于制备磷酸铁锂材料的纳米磷酸铁的制备方法，所述分散剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、烯丙基磺酸钠、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚马来酸的一种。
根据所述的用于制备磷酸铁锂材料的纳米磷酸铁的制备方法，所述分散剂与亚铁盐的质量比为1：10～1000。.
根据所述的用于制备磷酸铁锂材料的纳米磷酸铁的制备方法，所述磷源为磷酸、磷酸铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、磷酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠的一种。
根据所述的用于制备磷酸铁锂材料的纳米磷酸铁的制备方法，所述的铁源与磷源的摩尔比Fe:P=1:0.8～1.2。
根据所述的用于制备磷酸铁锂材料的纳米磷酸铁的制备方法，所述的氧化剂为过氧乙酸、过氧化氢、过硫酸铵、次氯酸钠的一种。
根据所述的用于制备磷酸铁锂材料的纳米磷酸铁的制备方法，所述的碱性溶液为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水的一种。
本发明具有以下优点：1）采用超声反应器，反应速度快；2）合成的产品粒度小，分布窄；3）使用的原料低价。
具体实施方式
一种超声法制备磷酸铁锂用纳米磷酸铁的方法，包括以下步骤：将可溶性亚铁盐溶于去离子水中，配制成0.01M-5M的水溶液，加入质量为亚铁盐质量0.1%-10%的分散剂后配制成溶液A；
将溶液A加入超声反应器中，加入0.01M-5M氧化剂后按照摩尔比Fe:P=1:0.8-1.2的比例加入磷源，使用碱性溶液调整pH至5～8；将沉淀多次洗涤后60～90℃真空干燥得纳米级磷酸铁粉末。
上述反应容器为恒温超声波反应器。
上述可溶性亚铁盐为硫酸亚铁、硫酸亚铁铵、氯化亚铁一种或多种，溶液浓度为0.01-5 moL/L。
上述分散剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、烯丙基磺酸钠、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚马来酸的一种或多种。
上述分散剂与亚铁盐的质量为1：1000～1:10。
上述磷源为磷酸、磷酸铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、磷酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠的一种或多种。
上述铁源与磷源的摩尔比Fe:P=1:0.8～1.2。
上述氧化剂为过氧乙酸、过氧化氢、过硫酸铵、次氯酸钠的一种或多种。
上述碱性溶液为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水一种或多种。
下面通过具体实例详细描述本发明。
实施例1
首先，向超声反应器中加入1M的硫酸亚铁铵溶液并加入0.1%十二烷基苯磺酸钠，其次向超声反应器中加入1M过氧乙酸溶液，然后向超声反应器中加入1M磷酸氢二铵溶液和1M氢氧化钠溶液调整反应液pH为6, 铁源与磷源的摩尔比 Fe:P=1:1。收集反应液，经过滤、洗涤和干燥后得到纳米级磷酸铁。
实施例2
首先，向超声反应器中加入1M的硫酸亚铁溶液并加入1%十二烷基硫酸钠，其次向超声反应器中加入1M过氧化氢溶液，然后向超声反应器中加入1M磷酸溶液和1M氨水溶液调整反应液pH为7, 铁源与磷源的摩尔比Fe:P=1:0.8。收集反应液，经过滤、洗涤和干燥后得到纳米级磷酸铁。
实施例3
向超声反应器中加入1M的氯化亚铁溶液并加入0.5%聚丙烯酸，其次向超声反应器中加入1M过氧乙酸溶液，然后向超声反应器中加入1M磷酸氢二钾溶液和1M氢氧化钾溶液调整反应液pH为8，铁源与磷源的摩尔比Fe:P=1:1.2。收集反应液，经过滤、洗涤和干燥后得到纳米级磷酸铁。
实施例1-3所得纳米磷酸铁的粒径分布如表1所示。
表1各实施例对应粒径分布
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和保护范围进行限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种超声制备磷酸铁锂的纳米磷酸铁的方法，其特征在于：其步骤是：首先将可溶性亚铁盐和分散剂配制成水溶液加入超声反应器中，其次将氧化剂加入超声反应器中，然后加入磷源并以碱性溶液调节超声反应器内反应液pH至5～8，将沉淀物洗涤、过滤、真空干燥得纳米磷酸铁。
2.根据权利要求1中所述的用于制备磷酸铁锂材料的纳米磷酸铁的制备方法，其特征在于：所述的超声反应器为恒温超声波反应器。
3.根据权利要求1中所述的超声制备磷酸铁锂的纳米磷酸铁的方法，其特征在于：所述可溶性亚铁盐为硫酸亚铁、硫酸亚铁铵、氯化亚铁中的一种，溶液浓度为0.01～5 moL/L。
4.根据权利要求1中所述的超声制备磷酸铁锂的纳米磷酸铁的方法，其特征在于：所述分散剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、烯丙基磺酸钠、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚马来酸中的一种。
5.根据权利要求1中所述的超声制备磷酸铁锂的纳米磷酸铁的方法，其特征在于：所述分散剂与亚铁盐的质量比为1：10～1000。
6.根据权利要求1中所述的超声制备磷酸铁锂的纳米磷酸铁的方法，其特征在于：所述磷源为磷酸、磷酸铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、磷酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠中的一种。
7.根据权利要求1中所述的超声制备磷酸铁锂的纳米磷酸铁的方法，其特征在于：所述的铁源与磷源的摩尔比Fe:P=1:0.8～1.2。
8.根据权利要求1中所述的超声制备磷酸铁锂的纳米磷酸铁的方法，其特征在于：所述的氧化剂为过氧乙酸、过氧化氢、过硫酸铵、次氯酸钠中的一种。
9.根据权利要求1中所述的超声制备磷酸铁锂的纳米磷酸铁的方法，其特征在于：所述的碱性溶液为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水中的一种。
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