專利名稱：一種高密度球形磷酸鐵及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高密度球形磷酸鐵的制備方法，制備的材料主 要用于制備鋰離子電池正極材料磷酸亞鐵鋰。
技術(shù)背景鋰離子電池是一種新興電源，它具有電壓高、容量大、安全及 環(huán)保等諸多優(yōu)點，因此在二次電池領(lǐng)域受到廣泛應用。而目前鋰離子電池主要是鈷酸鋰正極材料，但鈷是戰(zhàn)略資源且 資源緊缺，鈷酸鋰的熱穩(wěn)定性相對又較差，難以滿足作為動力鋰離子 電池安全性這一要求。而以磷酸亞鐵鋰為正極材料的鋰離子二次電池 具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和穩(wěn)定的循環(huán)充放電性能，被業(yè)界稱為"最安全的鋰電池"，因此在近2年，磷酸鹽系正極材料(磷酸亞鐵鋰)作為 大容量動力電池應用的首選材料而備受國內(nèi)外關(guān)注。然而，磷酸亞鐵鋰存在兩個明顯的缺點， 一是電導率低，導致 高倍率充放電性能差，實際比容量低；二是堆積密度低，導致體積比 容量低。這兩個缺點阻礙了磷酸亞鐵鋰的實際應用。要解決這兩個缺 點必須要從提高原料性能著手，制備高密度及球形形貌的原材料是提 高正極材料性能的方向。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供了一種高密度球形磷酸鐵制備方法，通過控制合成工藝制備出球形顆粒，再把此化合物進行烘干，則可獲得高密度球形磷 酸鐵。該法工藝簡單，容易實現(xiàn)工藝化，并且用這種磷酸鐵合成的磷 酸亞鐵鋰具有更好的結(jié)晶度及更佳的晶體結(jié)構(gòu)，能提高磷酸亞鐵鋰的 電化學性能。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種高密度球形磷酸鐵，為球形分散顆粒，大小均勻，平均粒徑1.5 5微米，振實密度》0.95g/cm3。一種高密度球形磷酸鐵的制備方法，包括一下步驟① 、稱取工業(yè)級鐵源和添加劑，溶于無離子水，配制成鐵源濃度為0.5 4mol/L、添加劑濃度為0. 05 4 mol/L的混合溶液A。② 、稱取工業(yè)級磷酸鹽及中和劑，溶于無離子水。配制成磷酸 鹽濃度為0.5 5mol/L、中和劑濃度為0.5 4mol/L的混合溶液B。③ 、在攪拌容器中加入1/6 2/3容積的無離子水，并將水加熱 到4(TC 6(TC。在強攪拌下，按流量A:B4:0.4 3，將A、 B兩種溶 液同時加入到反應容器中，控制PH值0.3 4.0。反應生成的沉淀溢 流在另一容器中陳化4 10小時即可。 、然后過濾③項的沉淀，并用濾餅3 10倍重量的去離子水 洗滌1 5次，直到PH大于7.0，然后過濾，濾餅在100 12(TC的烘 箱中烘4 15小時，即可得到高密度球形磷酸鐵。上述所用鐵源為硝酸鐵、硫酸鐵、三氯化鐵中的一種或幾種。 上述所用的添加劑為檸檬酸銨、草酸銨中的一種或幾種。 上述所用的磷酸鹽為磷酸氫二銨、磷酸二氫銨、磷酸二氫鈉及磷酸氫二鈉中的一種或幾種。上述所用的中和劑為氫氧化鈉、氨水、乙酸鈉及乙酸銨中的 一種或幾種。本發(fā)明 一種高密度球形磷酸鐵的制備方法，具有以下優(yōu)點1、 采用特殊的沉淀工藝制備磷酸鐵，在制備的過程中，可有效的 控制產(chǎn)品的平均粒徑1.5 6微米、提高了材料振實密度20.95g/cm3;材料形狀為球形顆粒，洗滌更容易，因而材料的純度 更高。2、 使用本發(fā)明高密度球形磷酸鐵合成的鋰離子電池正極材料磷 酸亞鐵鋰，材料的晶體結(jié)構(gòu)更加趨于完美，鋰離子嵌入/脫嵌通道 正常，在1C條件下放電容量能達到140mAh/g。3、 使用高密度球形磷酸鐵作為原材料，工藝路線簡單，工序少， 能降低制備磷酸亞鐵鋰的材料成本及加工成本。
具體實施方式
通過以下實施例可以進一步闡述本發(fā)明，但本發(fā)明不僅局限于 以下實施例。 實施例h用去離子水將三氯化鐵配成3mo1、檸檬酸銨配成2mo1的混合 溶液，用去離子水將磷酸氫二銨配成3mo1、氫氧化鈉配成lmol的混 合溶液，打開反應容器的攪拌，投入容器1/3容積的去離子水，并將 底水加熱到4CTC，三氯化鐵以5 15ml/min的流速加入到反應容器 中，磷酸氫二銨以5 15ml/min的流速加入到反應容器中，通過調(diào)節(jié)磷酸氫二銨的流速，控制PH值為3.0土0.8，反應生成的沉淀懸浮液 溢流到另一容器中陳化，陳化6小時后，將沉淀洗滌干凈，直到洗滌 水PH大于6.8，然后過濾，濾餅在100 12(TC的烘箱中烘4 15小 時，即可得到高密度球形磷酸鐵。實施例2:用去離子水將硫酸鐵配成2mo1、檸檬酸銨配成lmol的混合溶 液，用去離子水將磷酸二氫鈉配成3mo1、乙酸銨配成2 mol的混合 溶液，打開反應容器的攪拌，投入容器1/3容積的去離子水，并將底 水加熱到4CTC，硫酸鐵以5 15ml/min的流速加入到反應容器中， 磷酸二氫鈉以5 15ml/min的流速加入到反應容器中，通過調(diào)節(jié)磷酸 二氫鈉的流速，控制PH值為3.0±0.8，反應生成的沉淀懸浮液溢流 到另一容器中陳化，陳化6小時后，將沉淀洗滌干凈，直到洗滌水 ra大于6.8，然后過濾，濾餅在100 12(TC的烘箱中烘4 15小時，即可得到高密度球形磷酸鐵。 實施例3:用去離子水將硝酸鐵配成4鵬1、檸檬酸銨配成2m)1的混合溶 液，用去離子水將磷酸二氫銨配成3mo1、氨水配成2mo1的混合溶液， 打開反應容器的攪拌，投入容器2/3容積的去離子水，并將底水加熱 到4CTC，硝酸鐵以5 15ml/min的流速加入到反應容器中，磷酸二 氫銨以5 15ml/min的流速加入到反應容器中，通過調(diào)節(jié)磷酸二氫銨 的流速，控制PH值為3.0士0.8，反應生成的沉淀懸浮液溢流到另一 容器中陳化，陳化6小時后，將沉淀洗滌干凈，直到洗滌水PH大于6.8，然后過濾，濾餅在100 12(TC的烘箱中烘4 15小時，即可得
到高密度球形磷酸鐵。
實施例4:
用去離子水將硝酸鐵配成3mo1、擰檬酸銨配成2mo1的混合溶 液，用去離子水將磷酸二氫鈉配成3mo1、乙酸鈉配成lmol的混合溶 液，打開反應容器的攪拌，投入容器2/3容積的去離子水，并將底水 加熱到40°C，硝酸鐵以5 15ml/min的流速加入到反應容器中，磷 酸二氫鈉以5 15ml/min的流速加入到反應容器中，通過調(diào)節(jié)磷酸二
氫鈉的流速，控制ra值為3.o士o.8，反應生成的沉淀懸浮液溢流到 另一容器中陳化，陳化6小時后，將沉淀洗滌干凈，直到洗滌水ra
大于6.8，然后過濾，濾餅在100 12(TC的烘箱中烘4 15小時，即 可得到高密度球形磷酸鐵。
權(quán)利要求
1、一種高密度球形磷酸鐵，其特征在于所制備的磷酸鐵為球形分散顆粒，大小均勻，平均粒徑1.5～5微米，振實密度≥0.95g/cm3。
2、 一種高密度球形磷酸鐵的制備方法，其特征在于所述的 制備高密度球形磷酸鐵的工藝，包括一下步驟① 、稱取工業(yè)級鐵源和添加劑，溶于無離子水，配制成鐵源濃度為0.5 4mol/L、添加劑濃度為0.05 4 mol/L的混合溶液A;② 、稱取工業(yè)級磷酸鹽及中和劑，溶于無離子水，配制成磷酸 鹽濃度為0.5 5mol/L、中和劑濃度為0.5 4mol/L的混合溶液B;③ 、在攪拌容器中加入1/6 2/3容積的無離子水，并將水加熱 到4(TC 60。C，在強攪拌下，按流量A:B4:0.4 3，將A、 B兩種溶 液同時加入到反應容器中，控制PH值0.3 4.0，反應生成的沉淀溢 流在另一容器中陳化4 10小時即可；④ 、然后過濾③項的沉淀，并用濾餅3 10倍重量的去離子水 洗滌1 5次，直到ra大于7.0，然后過濾，濾餅在100 12(TC的烘 箱中烘4 15小時，即可得到高密度球形磷酸鐵。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的高密度球形磷酸鐵的制備方法，其 特征在于所用鐵源為硝酸鐵、硫酸鐵、三氯化鐵中的一種或幾種。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的高密度球形磷酸鐵的制備方法，其 特征在于所用的添加劑為檸檬酸銨、草酸銨中的一種或幾種。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的高密度球形磷酸鐵的制備方法，其 特征在于所用的磷酸鹽為磷酸氫二銨、磷酸二氫銨、磷酸二氫鈉及磷 酸氫二鈉中的一種或幾種。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的高密度球形磷酸鐵的制備方法，其 特征在于所用的中和劑為氫氧化鈉、氨水、乙酸鈉及乙酸銨中的一種 或幾種。
全文摘要
一種高密度球形磷酸鐵及其制備方法，制備的材料主要用于制備鋰離子電池正極材料磷酸亞鐵鋰。該方法是以鐵源及添加劑為原料，用無離子水溶解制成混合溶液A；以磷酸鹽及中和劑為原料，用無離子水溶解制成混合溶液B。把A和B溶液混合反應，對制備材料進行洗滌及烘干處理，則可得到平均粒徑1.5～5微米，振實密度≥0.95g/cm³，顆粒分散，大小均勻的高密度球形磷酸鐵。使用高密度球形磷酸鐵制備的磷酸亞鐵鋰，晶體結(jié)構(gòu)更加趨于完美，鋰離子嵌入/脫嵌通道正常，在1C條件下放電容量能達到140mAh/g。該方法工藝簡單，容易實現(xiàn)工藝化，并且用這種磷酸鐵合成的磷酸亞鐵鋰具有更好的結(jié)晶度及更佳的晶體結(jié)構(gòu)，能提高磷酸亞鐵鋰的電化學性能。
文檔編號C01B25/00GK101269807SQ20081002660
公開日2008年9月24日 申請日期2008年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月5日
發(fā)明者呂向陽, 左一村 申請人:廣州融捷材料科技有限公司