DE112021005033T5 - Nanoskaliges eisenphosphat, verfahren zu seiner herstellung und seine verwendung - Google Patents

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Abstract

Offenbart wird ein nanoskaliges Eisenphosphat, ein Verfahren zu seiner Herstellung und seiner Verwendung. Bei dem Verfahren werden zunächst ein Tensid und polymere Mikrokugeln zu einer Eisensalzlösung gegeben, um eine gemischte Lösung zu erhalten; anschließend wird eine Phosphatlösung zu der gemischten Lösung gegeben, um zu reagieren und einen Eisenphosphatschlamm zu erhalten; nach dem Entfernen der polymeren Mikrokugeln aus dem Eisenphosphatschlamm wird eine Fest-Flüssig-Trennung durchgeführt; und der erhaltene Feststoff wird dann getrocknet und kalziniert, um Eisenphosphat im Nanomaßstab zu erhalten. Bei der vorliegenden Erfindung werden das Tensid und die polymeren Mikrokugeln in einem Reaktionssyntheseverfahren zugegeben, so dass einerseits durch Dispergieren von Eisenphosphat mittels einer makromolekularen Substanz wie dem Tensid die Dispergierbarkeit von Eisenphosphat erhöht wird und die Morphologie und Größe von Eisenphosphat kontrolliert werden; andererseits ist es für die kleinen Eisenphosphatteilchen, die durch die Reaktion erzeugt werden, aufgrund der polymeren Mikrokugeln schwierig, unter der Dispersion der polymeren Mikrokugeln zu aggregieren, wodurch eine Agglomeration der Teilchen verhindert wird, und während des starken Rührens stoßen die Teilchen während des Wachstumsprozesses ständig mit den polymeren Mikrokugeln zusammen, wodurch Nanoprodukte mit einer höheren Klopfdichte erhalten werden können.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung liegt auf dem technischen Bereich des neuen Energiematerials der Lithium-Ionen-Batterie und bezieht sich insbesondere auf ein nanoskaliges Eisenphosphat, ein Herstellungsverfahren und dessen Anwendung (oder Verwendung).
  • HINTERGRUND
  • Lithiumeisenphosphat als positives Elektrodenmaterial hat die Vorteile eines breiten Spektrums von Rohstoffen, eines hohen Sicherheitsfaktors, einer langen Lebensdauer und niedriger Kosten und findet in der Lithiumbatterieindustrie zunehmend Beachtung und Anwendung. Eisenphosphat ist ein Vorprodukt für die Synthese von Lithiumeisenphosphat, das die Leistung des letzteren weitgehend bestimmt. Eisenphosphate, die unter verschiedenen Bedingungen synthetisiert werden, sind recht unterschiedlich, was zu einer uneinheitlichen Leistung des positiven Elektrodenmaterials von Lithiumeisenphosphat führt.
  • Derzeit werden in der Industrie häufig Eisensalz und Phosphorsäure oder Phosphatsalz zur Synthese von Eisenphosphat verwendet. Das allgemeine Syntheseverfahren erfordert eine Einstellung des pH-Werts. Während dieses Prozesses werden einige wenige alkalische Substanzen wie Ammoniak und Natriumhydroxid zugesetzt, wodurch Verunreinigungskationen eingeführt werden. Die Einführung von Verunreinigungsionen führt dazu, dass die Qualität des synthetisierten Eisenphosphats bis zu einem gewissen Grad sinkt, was die elektrochemische Leistung von Lithiumeisenphosphat beeinträchtigt. Im Allgemeinen sind die erhaltenen Eisenphosphatpartikel groß mit einer kleinen spezifischen Oberfläche, die elektrochemische Aktivität des synthetisierten Eisenphosphats ist nicht hoch, und die theoretische Kapazität des positiven Elektrodenmaterials von Lithiumeisenphosphat selbst ist begrenzt, und sein spezieller zweidimensionaler Ionenkanal erschwert den schnellen Ladungstransfer, was seine elektrochemische Leistung begrenzt.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Mit der vorliegenden Erfindung soll zumindest eines der technischen Probleme des Standes der Technik gelöst werden. Zu diesem Zweck offenbart die vorliegende Erfindung ein nanoskaliges Eisenphosphat, ein Herstellungsverfahren und dessen Verwendung.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Herstellungsverfahren für nanoskaliges Eisenphosphat offenbart, das die folgenden Schritte umfasst:
    • S1: Zugabe eines Tensids und von polymeren Mikrokugeln zu einer Eisensalzlösung, um eine gemischte Flüssigkeit zu erhalten;
    • S2: Zugabe einer Phosphatlösung zu der gemischten Flüssigkeit zur Reaktion, um einen Eisenphosphatschlamm (oder Eisenphosphat-Aufschlämmung) zu erhalten;
    • S3: Durchführung einer Fest-Flüssig-Trennung nach Entfernen der polymeren Mikrokugeln aus dem Eisenphosphatschlamm, Trocknen und Kalzinieren des erhaltenen Feststoffs, um ein Eisenphosphat in Nanogröße zu erhalten.
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die Eisensalzlösung in Schritt S1 mindestens eine Eisennitratlösung, eine Eisenchloridlösung oder eine Eisensulfatlösung.
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die Phosphatlösung in Schritt S1 Ammoniumphosphat und/oder Natriumphosphat.
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beträgt in Schritt S1 das molare Verhältnis von Eisen in der Eisensalzlösung zu Phosphor in der Phosphatlösung (0,8-1,2):1.
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist in Schritt S1 das Tensid Natriumdodecylbenzolsulfonat und/oder Natriumdodecylsulfat und/oder Polyvinylpyrrolidon.
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beträgt die Masse des Tensids im Schritt S1 0,5-3,0 % der Masse des Eisensalzes in der Eisensalzlösung.
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind die polymeren Mikrokugeln Polystyrol-Mikrokugeln und/oder Polyethylen-Mikrokugeln und/oder Polypropylen-Mikrokugeln.
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beträgt der Durchmesser der polymeren Mikrokugeln im Schritt S1 3,0-300 µm.
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung machen die polymeren Mikrokugeln 3-10 % der Gesamtmasse des Reaktionsmittels im Schritt S2 aus.
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird die Reaktion im Schritt S2 bei einer Rührgeschwindigkeit von 100-600 U/min durchgeführt; die Reaktionstemperatur beträgt 90-130°C.
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beträgt im Schritt S3 die Temperatur der Trocknung 50-100°C; die Dauer der Trocknung beträgt 0,5-2,0 h.
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beträgt im Schritt S3 die Temperatur der Kalzinierung 200-400°C; die Dauer der Kalzinierung beträgt 0,5-3 h.
  • Die vorliegende Erfindung offenbart auch nanoskaliges Eisenphosphat, das nach dem Herstellungsverfahren hergestellt wird, wobei die Teilchengröße des nanoskaligen Eisenphosphats 10-100 nm beträgt.
  • Die vorliegende Erfindung offenbart auch die Verwendung des nanoskaligen Eisenphosphats bei der Herstellung eines positiven Elektrodenmaterials einer Lithium-Ionen-Batterie, insbesondere hergestellt durch Mischen und Sintern des nanoskaligen Eisenphosphats, das als Rohstoff dient, mit einer Lithiumquelle.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat es zumindest die folgenden vorteilhaften Wirkungen:
    1. 1. Das Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung: Durch Zugabe eines Tensids und polymeren Mikrokugeln während des Reaktionssyntheseprozesses, dispergiert einerseits Eisenphosphat durch eine makromolekulare Substanz wie das Tensid, verbessert sich die Dispersion von Eisenphosphat und die Form und Größe von Eisenphosphat wird kontrolliert; andererseits wird durch die polymeren Mikrokugeln die Aggregation des erhaltenen kleinen Eisenphosphatkristalls unter der Dispersionsfunktion der polymeren Mikrokugeln erschwert, das Phänomen der Partikelagglomeration wird vermieden und unter starkem Rühren wird die Kollision der Partikel mit der polymeren Mikrokugeln während ihres Wachstums ermöglicht, um ein nanometrisches Produkt mit einer höheren Klopfdichte zu erhalten.
    2. 2. Die durch die vorliegende Erfindung hergestellten nanoskaligen Eisenphosphatpartikel werden als Vorprodukt für das positive Elektrodenmaterial der Lithium-Ionen-Batterie verwendet. Die Teilchengröße beträgt 10-100 nm, das Agglomerationsphänomen ist geringer, die Teilchengrößenverteilung ist relativ konzentriert, die Klopfdichte ist hoch und die Reinheit des Produkts ist hoch. Das hergestellte Lithiumeisenphosphat hat eine geringere Partikelgröße, was die Infiltration des Elektrolyten begünstigt, bietet schnellere Kanäle für die Migration der Lithiumionen während der Ladung und Entladung, verringert den Diffusionswiderstand der Lithiumionen und verbessert die Leistung des Materials.
  • Figurenliste
  • Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen und Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei:
    • 1 ist ein SEM-Diagramm des Eisenphosphats, das durch ein herkömmliches Kopräzipitationsverfahren hergestellt wurde.
    • 2 ist ein SEM-Diagramm des in Ausführungsform 1 hergestellten nanoskaligen Eisenphosphats.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Nachfolgend werden das Konzept der vorliegenden Erfindung und die sich daraus ergebenden technischen Wirkungen in Verbindung mit den Ausführungsformen klar und vollständig beschrieben, um den Zweck, die Merkmale und die Wirkungen der vorliegenden Erfindung vollständig zu verstehen. Natürlich sind die beschriebenen Ausführungsformen nur ein Teil der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und nicht alle Ausführungsformen. Ausgehend von den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gehören alle anderen Ausführungsformen, die der Fachmann ohne erfinderischen Aufwand erhält, zum Schutzbereich der vorliegenden Erfindung.
  • Ausführungsform 1
  • In der Ausführungsform wurde ein Eisenphosphat durch das folgende spezifische Verfahren hergestellt:
    • S1: Auswählen von Eisennitrat als ein in entionisiertem Wasser aufzulösendes Rohmaterial, Filtrieren, um eine Eisensalzlösung zur Verwendung zu erhalten, Auswählen von Ammoniumphosphat als ein in entionisiertem Wasser aufzulösendes Rohmaterial, um eine Phosphatlösung zur Verwendung zu erhalten; wobei ein molares Verhältnis von Eisen in der Eisensalzlösung zu Phosphor in der Phosphatlösung 0,8:1 ist;
    • S2: Öffnen der Ummantelung des Reaktionskessels für einen Zu- und Rücklauf von Wasser, Zugabe der Eisensalzlösung in den Reaktionskessel und Starten des Rührens im Reaktionskessel, wobei die Temperatur des Reaktionskessels stets auf 90 °C und die Rührgeschwindigkeit auf 600 U/min eingestellt wird;
    • S3: Zugabe, unter ständigem Rühren, eines Natriumdodecylbenzolsulfonats mit einer 0,5 %igen Masse der Eisensalzlösung und einer Polystyrol-Mikrokugel mit einem Durchmesser von 3,0 µm in den Reaktionskessel;
    • S4: langsame Zugabe der Phosphatlösung in den Reaktionskessel zur Reaktion; ständige Steuerung der Temperatur des Reaktionskessels auf 90°C und der Rührgeschwindigkeit auf 600 U/min, um eine weiße Eisenphosphatschlamm zu erhalten, wobei die Polystyrol-Mikrokugeln 5 % der Gesamtmasse des Reaktionsmaterials ausmachen.
    • S5: Stehenlassen der Eisenphosphataufschlämmung, Durchführen einer Fest-Flüssig-Trennung nach Entfernen der suspendierten Polystyrol-Mikrokugeln, Trocknen des erhaltenen Feststoffs bei einer Temperatur von 50°C für 2,0 h und anschließendes Kalzinieren bei einer Temperatur von 200°C für 3 h, um ein nanoskaliges Eisenphosphat zu erhalten.
  • Ein nanoskaliges Lithiumeisenphosphat wurde durch Mischen und Sintern des nanoskaligen Eisenphosphats, das als Rohstoff diente, mit einer Lithiumquelle gewonnen.
  • Ausführungsform 2
  • In der Ausführungsform wurde ein Eisenphosphat durch das folgende spezifische Verfahren hergestellt:
    • S1: Auswählen von Eisenchlorid als ein in entionisiertem Wasser aufzulösendes Rohmaterial, Filtrieren, um eine Eisensalzlösung zur Verwendung zu erhalten, Auswählen von Natriumphosphat als ein in entionisiertem Wasser aufzulösendes Rohmaterial, um eine Phosphatlösung zur Verwendung zu erhalten; wobei ein molares Verhältnis von Eisen in der Eisensalzlösung zu Phosphor in der Phosphatlösung 1:1 ist;
    • S2: Öffnen der Ummantelung des Reaktionskessels für einen Zu- und Rücklauf von Wasser, Zugabe der Eisensalzlösung in den Reaktionskessel und Starten des Rührens im Reaktionskessel, wobei die Temperatur des Reaktionskessels stets auf 100°C und die Rührgeschwindigkeit auf 500 U/min eingestellt wird;
    • S3: Zugabe, unter ständigem Rühren, eines Natriumdodecylsulfats mit 2,0 % Masse der Eisensalzlösung und von Polyethylen-Mikrokugeln mit einem Durchmesser von 30 µm in den Reaktionskessel;
    • S4: langsame Zugabe der Phosphatlösung in den Reaktionskessel zur Reaktion; ständige Steuerung der Temperatur des Reaktionskessels auf 100°C und der Rührgeschwindigkeit auf 500 U/min, um einen weißen Eisenphosphatschlamm zu erhalten, wobei die Polyethylenmikrokugeln 8 % der Gesamtmasse des Reaktionsmaterials ausmachen.
    • S5: Stehenlassen des Eisenphosphatschlamms, Durchführen einer Fest-Flüssig-Trennung nach Entfernen der suspendierten Polyethylen-Mikrokügelchen, Trocknen des erhaltenen Feststoffs bei einer Temperatur von 75°C für 1,0 h und anschließendes Kalzinieren bei einer Temperatur von 300°C für 2 h, um ein nanoskaliges Eisenphosphat zu erhalten.
  • Ein nanoskaliges Lithiumeisenphosphat wurde durch Mischen und Sintern des nanoskaligen Eisenphosphats, das als Rohstoff diente, mit einer Lithiumquelle gewonnen.
  • Ausführungsform 3
  • In der Ausführungsform wurde ein Eisenphosphat durch das folgende spezifische Verfahren hergestellt:
    • S1: Auswählen von Eisensulfat als ein in entionisiertem Wasser aufzulösendes Rohmaterial, Filtrieren, um eine Eisensalzlösung zur Verwendung zu erhalten, Auswählen einer Mischung aus Ammoniumphosphat und Natriumphosphat als ein in entionisiertem Wasser aufzulösendes Rohmaterial, um eine Phosphatlösung zur Verwendung zu erhalten; wobei ein molares Verhältnis von Eisen in der Eisensalzlösung zu Phosphor in der Phosphatlösung 1,2:1 ist;
    • S2: Öffnen der Ummantelung des Reaktionskessels für einen Zu- und Rücklauf von Wasser, Zugabe der Eisensalzlösung in den Reaktionskessel und Starten des Rührens im Reaktionskessel, wobei die Temperatur des Reaktionskessels stets auf 130°C und die Rührgeschwindigkeit auf 100 U/min eingestellt wird;
    • S3: Zugabe, unter ständigem Rühren. Eines Polyvinylpyrrolidons mit einer Masse von 3,0 % der Eisensalzlösung und von Polyethylen-Mikrokugeln mit einem Durchmesser von 100 µm in den Reaktionskessel;
    • S4: langsame Zugabe der Phosphatlösung in den Reaktionskessel zur Reaktion; ständige Steuerung der Temperatur des Reaktionskessels auf 130°C und der Rührgeschwindigkeit auf 100 U/min, um eine weiße Eisenphosphatschlamm zu erhalten, wobei die Polyethylen-Mikrokugeln 10 % der Gesamtmasse des Reaktionsmaterials ausmachen.
    • S5: Stehenlassen des Eisenphosphatschlamms, Durchführen einer Fest-Flüssig-Trennung nach Entfernen der suspendierten Polypropylen-Mikrokugeln, Trocknen des erhaltenen Feststoffs bei einer Temperatur von 100°C für 0,5 h und anschließendes Kalzinieren bei einer Temperatur von 400°C für 0,5 h, um ein nanoskaliges Eisenphosphat zu erhalten.
  • Ein nanoskaliges Lithiumeisenphosphat wurde durch Mischen und Sintern des nanoskaligen Eisenphosphats, das als Rohstoff diente, mit einer Lithiumquelle gewonnen.
  • Ausführungsform 4
  • In der Ausführungsform wurde ein Eisenphosphat durch das folgende spezifische Verfahren hergestellt:
    • S1: Auswählen von Eisennitrat als ein in entionisiertem Wasser aufzulösendes Rohmaterial, Filtrieren, um eine Eisensalzlösung zur Verwendung zu erhalten, Auswählen von Natriumphosphat als ein in entionisiertem Wasser aufzulösendes Rohmaterial, um eine Phosphatlösung zur Verwendung zu erhalten; wobei ein molares Verhältnis von Eisen in der Eisensalzlösung zu Phosphor in der Phosphatlösung 1,1: 1 ist;
    • S2: Öffnen der Ummantelung des Reaktionskessels für einen Zu- und Rücklauf des Wassers, Zugabe der Eisensalzlösung in den Reaktionskessel, Beginnen des Rührens im Reaktionskessel, wobei die Temperatur des Reaktionskessels stets auf 110°C und die Rührgeschwindigkeit auf 300 U/min eingestellt wird;
    • S3: Zugabe, unter ständigem Rühren, eines Natriumdodecylsulfats mit 1,0 % Masse der Eisensalzlösung und einer Polyethylen-Mikrokugel mit einem Durchmesser von 200 µm in den Reaktionskessel;
    • S4: langsame Zugabe einer Phosphatlösung in den Reaktionskessel zur Reaktion; ständige Steuerung der Temperatur des Reaktionskessels auf 110°C und der Rührgeschwindigkeit auf 300 U/min, um eine weiße Eisenphosphataufschlämmung zu erhalten, wobei die Polyethylen-Mikrokugeln 3 % der Gesamtmasse des Reaktionsmaterials ausmachen.
    • S5: Stehenlassen des Eisenphosphatschlamms, Durchführen einer Fest-Flüssig-Trennung nach Entfernen der suspendierten Polyethylen-Mikrokugeln, Trocknen des erhaltenen Feststoffs bei einer Temperatur von 85°C für 1,0 h und anschließendes Kalzinieren bei einer Temperatur von 250°C für 2,5 h, um ein nanoskaliges Eisenphosphat zu erhalten.
  • Ein nanoskaliges Lithiumeisenphosphat wurde durch Mischen und Sintern des nanoskaligen Eisenphosphats, das als Rohstoff diente, mit einer Lithiumquelle gewonnen.
  • Ausführungsform 5
  • In der Ausführungsform wurde ein Eisenphosphat durch das folgende spezifische Verfahren hergestellt:
    • S1: Auswählen eines gemischten Salzes aus Eisennitrat und Eisenchlorid als ein in entionisiertem Wasser aufzulösendes Rohmaterial, Filtrieren, um eine Eisensalzlösung zur Verwendung zu erhalten, Auswählen von Natriumphosphat als ein in entionisiertem Wasser aufzulösendes Rohmaterial, um eine Phosphatlösung zur Verwendung zu erhalten; wobei ein Molverhältnis von Eisen in der Eisensalzlösung zu Phosphor in der Phosphatlösung 0,9:1 ist;
    • S2: Öffnen der Ummantelung des Reaktionskessels für einen Zu- und Rücklauf von Wasser, Zugabe der Eisensalzlösung in den Reaktionskessel und Starten des Rührens im Reaktionskessel, wobei die Temperatur des Reaktionskessels stets auf 120°C und die Rührgeschwindigkeit auf 200 U/min eingestellt wird;
    • S3: Zugabe, unter ständigem Rühren, eines Natriumdodecylsulfats mit 2,0 % Masse der Eisensalzlösung und einer Polyethylen-Mikrokugel mit einem Durchmesser von 150 µm in den Reaktionskessel;
    • S4: langsame Zugabe einer Phosphatlösung in den Reaktionskessel zur Reaktion; ständige Steuerung der Temperatur des Reaktionskessels auf 120°C und der Rührgeschwindigkeit auf 200 U/min, um einen weißen Eisenphosphatschlamm zu erhalten, wobei die Polyethylen-Mikrokugeln 6 % der Gesamtmasse des Reaktionsmaterials ausmachen.
    • S5: Stehenlassen des Eisenphosphatschlamms, Durchführen einer Fest-Flüssig-Trennung nach Entfernen der suspendierten Polyethylen-Mikrokugeln, Trocknen des erhaltenen Feststoffs bei einer Temperatur von 75°C für 1,0 h und anschließendes Kalzinieren bei einer Temperatur von 300°C für 2 h, um ein nanoskaliges Eisenphosphat zu erhalten.
  • Ein nanoskaliges Lithiumeisenphosphat wurde durch Mischen und Sintern des nanoskaligen Eisenphosphats, das als Rohstoff diente, mit einer Lithiumquelle gewonnen.
  • Ausführungsform 6
  • In der Ausführungsform wurde ein Eisenphosphat durch das folgende spezifische Verfahren hergestellt:
    • S1: Auswählen eines gemischten Salzes aus Eisenchlorid und Eisensulfat als ein in entionisiertem Wasser aufzulösendes Rohmaterial, Filtrieren, um eine Eisensalzlösung zur Verwendung zu erhalten, Auswählen von Ammoniumphosphat als ein in entionisiertem Wasser aufzulösendes Rohmaterial, um eine Phosphatlösung zur Verwendung zu erhalten; wobei ein molares Verhältnis von Eisen in der Eisensalzlösung zu Phosphor in der Phosphatlösung 1,05:1 ist;
    • S2: Öffnen der Ummantelung des Reaktionskessels für einen Zu- und Rücklauf von Wasser, Zugabe der Eisensalzlösung in den Reaktionskessel und Starten des Rührens im Reaktionskessel, wobei die Temperatur des Reaktionskessels stets auf 95°C und die Rührgeschwindigkeit auf 550 U/min eingestellt wird;
    • S3: Zugabe, unter ständigem Rühren, eines Natriumdodecylbenzolsulfonats mit 2,5 % Masse der Eisensalzlösung und von Polystyrol-Mikrokugeln mit einem Durchmesser von 125 µm in den Reaktionskessel;
    • S4: langsame Zugabe einer Phosphatlösung in den Reaktionskessel zur Reaktion; ständige Steuerung der Temperatur des Reaktionskessels auf 95°C und der Rührgeschwindigkeit auf 550 U/min, um einen weißen Eisenphosphatschlamm zu erhalten, wobei die Polystyrol-Mikrokügelchen 5 % der Gesamtmasse des Reaktionsmaterials ausmachen.
    • S5: Stehenlassen des Eisenphosphatschlamms, Durchführen einer Fest-Flüssig-Trennung nach Entfernen der suspendierten Polystyrol-Mikrokugeln, Trocknen des erhaltenen Feststoffs bei einer Temperatur von 50°C für 2,0 h und anschließendes Kalzinieren bei einer Temperatur von 200°C für 3 h, um ein nanoskaliges Eisenphosphat zu erhalten.
  • Ein nanoskaliges Lithiumeisenphosphat wurde durch Mischen und Sintern des nanoskaligen Eisenphosphats, das als Rohstoff diente, mit einer Lithiumquelle gewonnen.
  • Ausführungsform 7
  • In der Ausführungsform wurde ein Eisenphosphat durch das folgende spezifische Verfahren hergestellt:
    • S1: Auswählen eines gemischten Salzes aus Eisennitrat und Eisensulfat als ein in entionisiertem Wasser aufzulösendes Rohmaterial, Filtrieren, um eine Eisensalzlösung zur Verwendung zu erhalten, Auswählen von Ammoniumphosphat als ein in entionisiertem Wasser aufzulösendes Rohmaterial, um eine Phosphatlösung zur Verwendung zu erhalten; wobei ein Molverhältnis von Eisen in der Eisensalzlösung zu Phosphor in der Phosphatlösung 1,15:1 ist;
    • S2: Öffnen der Ummantelung des Reaktionskessels für einen Zu- und Rücklauf von Wasser, Zugabe der Eisensalzlösung in den Reaktionskessel und Starten des Rührens im Reaktionskessel, wobei die Temperatur des Reaktionskessels stets auf 105°C und die Rührgeschwindigkeit auf 450 U/min eingestellt wird;
    • S3: Zugabe, unter ständigem Rühren, eines Polyvinylpyrrolidons mit einer 1,5%igen Masse der Eisensalzlösung und von Polystyrol-Mikrokugeln mit einem Durchmesser von 50µm in den Reaktionskessel;
    • S4: langsame Zugabe einer Phosphatlösung in den Reaktionskessel zur Reaktion; ständige Steuerung der Temperatur des Reaktionskessels auf 105°C und der Rührgeschwindigkeit auf 450 U/min, um einen weißen Eisenphosphatschlamm zu erhalten, wobei die Polystyrol-Mikrokugeln 7 % der Gesamtmasse des Reaktionsmaterials ausmachen.
    • S5: Stehenlassen des Eisenphosphatschlamms, Durchführen einer Fest-Flüssig-Trennung nach Entfernen der suspendierten Polystyrol-Mikrokugeln, Trocknen des erhaltenen Feststoffs bei einer Temperatur von 50°C für 2,0 h und anschließendes Kalzinieren bei einer Temperatur von 200°C für 3 h, um ein nanoskaliges Eisenphosphat zu erhalten.
  • Ein nanoskaliges Lithiumeisenphosphat wurde durch Mischen und Sintern des nanoskaligen Eisenphosphats, das als Rohstoff diente, mit einer Lithiumquelle gewonnen.
  • Tabelle 1 enthält die Ergebnisse des parametrischen Tests der nach den Ausführungsformen 1-7 hergestellten Eisenphosphatprodukte und des herkömmlichen Kopräzipitationsverfahrens. Tabelle 1
    Prüfling Ausführungsform 1 Ausführungsform 2 Ausführungsform 3 Ausführungsform 4 Ausführungsform 5 Ausführungsform 6 Ausführungsform 7 konventionelles Kopräzipitationsverfahren
    Partikelgröße (nm) 50-70 30-50 40-50 20-30 20-40 50-60 70-90 80-300
    Klopfdichte (g/cm )3 0.85 0.82 0.86 0.82 0.83 0.85 0.84 0.72-0.80
    Bedingung für die Agglome ration Keine Keine Keine Keine Keine Keine Keine vorhanden
  • Wie aus Tabelle 1 ersichtlich, liegen die Teilchengrößen der Ausführungsformen 1-7 alle im Bereich von 10-100 nm, mit einer höheren Klopfdichte als bei der herkömmlichen Kopräzipitationsmethode, einer kleineren durchschnittlichen Teilchengröße, einer gleichmäßigeren Teilchengrößenverteilung und weniger Agglomerationserscheinungen.
  • 1 ist ein SEM-Diagramm des Eisenphosphats, das durch ein herkömmliches Kopräzipitationsverfahren hergestellt wurde. 2 ist ein SEM-Diagramm des als Ausführungsform 1 hergestellten Eisenphosphats mit Nanoskalierung. Wie aus dem Vergleich zwischen 1 und 2 ersichtlich ist, haben die Eisenphosphatteilchen, die in 1 durch das herkömmliche Kopräzipitationsverfahren hergestellt wurden, eine größere Teilchengröße und eine stärkere Agglomeration, während die Eisenphosphatteilchen in 2 eine einheitliche und feine Teilchengröße keine offensichtliche Agglomeration aufweisen.
  • Die vorliegende Erfindung ist oben in Kombination mit den Zeichnungen ausführlich beschrieben. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben genannten Ausführungsformen beschränkt. Im Rahmen des Wissensumfangs des Fachmanns können verschiedene Änderungen vorgenommen werden, ohne vom Geist der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Darüber hinaus können die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und die Merkmale in den Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, sofern sie sich nicht widersprechen.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung von nanoskaligem Eisenphosphat, das die folgenden Schritte umfasst: S1: Zugabe eines Tensids und von polymeren Mikrokugeln zu einer Eisensalzlösung, um eine gemischte Flüssigkeit zu erhalten; S2: Zugabe einer Phosphatlösung zu der gemischten Flüssigkeit zur Reaktion, um einen Eisenphosphatschlamm zu erhalten; S3: Durchführung einer Fest-Flüssig-Trennung nach Entfernen der Polymer-Mikrokugeln aus dem Eisenphosphatschlamm, Trocknen und Kalzinieren des erhaltenen Feststoffs, um ein Eisenphosphat in Nanogröße zu erhalten.
  2. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, wobei im Schritt S1 die Eisensalzlösung mindestens eine der folgenden Lösungen ist: eine Eisennitratlösung, eine Eisenchloridlösung, eine Eisensulfatlösung.
  3. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, wobei im Schritt S1 die Phosphatlösung Ammoniumphosphat und/oder Natriumphosphat ist.
  4. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, wobei im Schritt S1 das molare Verhältnis von Eisen in der Eisensalzlösung zu Phosphor in der Phosphatlösung (0,8-1,2):1 beträgt.
  5. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, wobei im Schritt S1 das Tensid Natriumdodecylbenzolsulfonat und/oder Natriumdodecylsulfat und/oder Polyvinylpyrrolidon ist.
  6. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, wobei im Schritt S1 die polymerem Mikrokugeln mindestens eine der folgenden sind: Polystyrolmikrokugeln, Polyethylenmikrokugeln, Polypropylenmikrokugeln; ein Durchmesser der polymeren Mikrokugeln beträgt 3,0-300µm.
  7. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die polymeren Mikrokugeln 3-10 % der Gesamtmasse des Reaktionsmittels im Schritt S2 ausmachen.
  8. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, wobei im Schritt S2 die Reaktion bei einer Rührgeschwindigkeit von 100-600 U/min durchgeführt wird; die Reaktionstemperatur beträgt 90-130°C.
  9. Nanoskaliges Eisenphosphat, hergestellt nach dem Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1-8, wobei die Teilchengröße des nanoskaligen Eisenphosphats 10-100 nm beträgt.
  10. Verwendung des nanoskaligen Eisenphosphats nach Anspruch 9 bei der Herstellung eines positiven Elektrodenmaterials für eine Lithium-Ionen-Batterie.
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