CN110902666B - 一种片状二水磷酸铁的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种片状二水磷酸铁的制备方法，包括以下步骤：S1、取铁源，制备成铁盐溶液；取偏铝酸盐和磷酸盐，配制成混合溶液；S2、将所述混合溶液加入到铁盐溶液中，再加入磷酸，搅拌均匀后反应制备成磷酸铁浆料；S3、将磷酸铁浆料洗涤后干燥得到所述片状二水磷酸铁。利用偏铝酸盐在磷酸铁合成过程中形成Al(OH)3胶体，Al(OH)3胶体的羟基对晶核的特定晶面进行吸附，使该晶面的表面能降低，进而导致该晶面的生长速度下降，而其他晶面按照正常速率生长，形成二维片状磷酸铁；本发明方案操作简便，且利用该方法制得的磷酸铁制备成磷酸铁锂时，可获得良好的电化学性能。

Description

一种片状二水磷酸铁的制备方法
技术领域
本发明涉及锂电材料技术领域，具体涉及一种片状二水磷酸铁的制备方法。
背景技术
环境污染与资源枯竭是当前世界面临的两大问题，新能源汽车不使用化石能源，排放污染少，是世界各国重点推广的项目。磷酸铁锂电池材料具有比容量高、高温性能好、使用寿命长等优点，是目前新能源汽车使用的主流电池材料。但磷酸铁锂电池的缺点在于锂离子扩散系数小，导致磷酸铁锂电性能不佳。磷酸铁作为合成磷酸铁锂重要的前驱体，其结构和形貌对磷酸铁锂电化学性能影响很大。以片状的磷酸铁合成磷酸铁锂，可以缩短充放电过程中锂离子的传输距离，从而改善磷酸铁锂电池的电化学性能。然而，现有技术中的片状磷酸铁的合成工艺较为复杂，不利于工业生产应用。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种片状二水磷酸铁的制备方法，能够改善磷酸铁锂电池电化学性能。
根据本发明的实施例的片状二水磷酸铁的制备方法，包括以下步骤：
S1、取铁源，制备成铁盐溶液；取偏铝酸盐和磷酸盐，配制成混合溶液；
S2、将所述混合溶液加入到铁盐溶液中，再加入磷酸，搅拌均匀后反应制备成磷酸铁浆料；
S3、将磷酸铁浆料洗涤后干燥得到所述片状二水磷酸铁。
根据本发明的一些实施例，所述铁源为铁单质、亚铁盐或铁盐；当铁源为铁单质或亚铁盐，所述铁盐溶液的配制过程为：将铁单质氧化成铁离子；当所述铁源为铁盐，所述铁盐溶液的配制过程为：将铁盐溶于水。
根据本发明的一些实施例，所述铁源为硫酸亚铁，所述铁盐溶液的配制过程为：将硫酸亚铁用酸性双氧水氧化成硫酸铁。
根据本发明的一些实施例，所述磷酸盐包括磷酸一铵或磷酸二铵中的至少一种。
根据本发明的一些实施例，所述步骤S2中的搅拌速度为（150~300）rpm；优选为200rpm。
根据本发明的一些实施例，所述步骤S2中混合溶液的加料时间为（25~40）min；优选为30min。
根据本发明的一些实施例，所述步骤S2中的反应温度为（90~95）℃，反应时间为（2.5~4）小时。
根据本发明的一些实施例，所述偏铝酸盐与磷酸盐的添加比例为：（0.075~0.15）。
根据本发明的一些实施例，所述磷酸的加入量为：n(H3PO4:Fe)= （0.12-0.20）。
根据本发明的一些实施例，所述步骤S3中的洗涤操作为洗涤至洗水的电导率在500μS/cm以下。
根据本发明实施例的制备方法，至少具有如下有益效果：偏铝酸盐在磷酸铁合成过程中形成Al(OH)3胶体，Al(OH)3胶体对磷酸铁形成的初始晶核有选择性吸附；Al(OH)3胶体的羟基对晶核的特定晶面进行吸附，使该晶面的表面能降低，进而导致该晶面的生长速度下降，而其他晶面按照正常速率生长，形成二维片状磷酸铁；本发明方案操作简便，且利用该方法制得的磷酸铁制备成磷酸铁锂时，可获得良好的电化学性能。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为本发明实施例制备片状二水磷酸铁的操作示意图；
图2为本发明实施例制得的片状二水磷酸铁的扫描电镜图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
本发明的实施例为：一种片状二水磷酸铁的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：
（1）称取834 g硫酸亚铁溶于1.5L水，加入58.8g硫酸、270g双氧水，待硫酸亚全部氧化成硫酸铁后，定容至2L；
（2）称取36.24g偏铝酸钠溶于500ml水中；
（3）称取345.09g磷酸一铵加水溶解，将(2)中偏铝酸钠溶液加入至磷酸一铵溶液中，加水定容至2L；
（4）将(1)中硫酸铁溶液加入至反应釜中作为反应底液，设置搅拌转速为200r/min，将(3)中加入偏铝酸钠的磷酸一铵溶液以蠕动泵打入至反应釜；加料时间为30min；
（5）加入51.88g 磷酸，搅拌均匀后开始升温，设置保温温度为92℃，保温3个小时，得到磷酸铁浆料；
（6）将(5）中磷酸铁浆料洗涤至电导率500us/cm以下，在烘箱中以105℃保温12小时，冷却物料后进行测试。取上述物料通过扫描电镜进行形貌表征，结果如图2所示。
本发明的对照例为：一种磷酸铁的制备方法，其与实施例的区别仅在于：未添加偏铝酸钠溶液，其他步骤均与实施例一致。
取实施例和对照例制备的磷酸铁在同等条件下，参照现有技术制备成磷酸铁锂（平行制备了三组样品），对制得的磷酸铁锂在同等条件下进行电化学性能测试，结果如下表1所示：
表1
Figure 251843DEST_PATH_IMAGE001
从表1中可以看出，利用该方案制备的片状二水磷酸铁的0.1C放电比容量及放电效率均优于对照例，由此表明，利用偏铝酸钠制备的二水片状磷酸铁合成的磷酸铁锂电化学性能有所改善。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种片状二水磷酸铁的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、取铁源，制备成铁盐溶液；取偏铝酸盐和磷酸盐，配制成混合溶液；
S2、将所述混合溶液加入到铁盐溶液中，再加入磷酸，搅拌均匀后反应制备成磷酸铁浆料；
S3、将磷酸铁浆料洗涤后干燥得到所述片状二水磷酸铁；
所述偏铝酸盐与磷酸盐的摩尔比为：0.075~0.15；
所述磷酸的加入量为：n(H3PO4:Fe)=0.12~0.20。
2.根据权利要求1所述的片状二水磷酸铁的制备方法，其特征在于：所述铁源为铁单质、亚铁盐或铁盐；当铁源为铁单质或亚铁盐，所述铁盐溶液的配制过程为：将铁单质氧化成铁离子；当所述铁源为铁盐，所述铁盐溶液的配制过程为：将铁盐溶于水。
3.根据权利要求2所述的片状二水磷酸铁的制备方法，其特征在于：所述铁源为硫酸亚铁，所述铁盐溶液的配制过程为：将硫酸亚铁用酸性双氧水氧化成硫酸铁。
4.根据权利要求1所述的片状二水磷酸铁的制备方法，其特征在于：所述磷酸盐包括磷酸一铵或磷酸二铵中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的片状二水磷酸铁的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中的搅拌速度为150~300rpm。
6.根据权利要求1所述的片状二水磷酸铁的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中的搅拌速度为200rpm。
7.根据权利要求1所述的片状二水磷酸铁的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中混合溶液的加料时间为25~40min。
8.根据权利要求1所述的片状二水磷酸铁的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中混合溶液的加料时间为30min。
9.根据权利要求1所述的片状二水磷酸铁的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中的反应温度为90~95℃，反应时间为2.5~4小时。
10.根据权利要求1至9任一项所述的片状二水磷酸铁的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中的洗涤操作为洗涤至洗水的电导率在500μS/cm以下。
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