專利名稱：微納結(jié)構(gòu)磷酸鐵的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有微納結(jié)構(gòu)的磷酸鐵的制備方法，屬于無(wú)機(jī)材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
為滿足可移動(dòng)新能源的巨大需求，研制出性能優(yōu)異、安全價(jià)廉、環(huán)境友好的二 次電池已引起廣泛關(guān)注。當(dāng)前以LiFeP04*FeP04作為動(dòng)力型鋰離子電池的正極材料則是 公認(rèn)的最優(yōu)選擇，目前已有研究表明，作為合成LiFePO4的主要原材料FePO4,其結(jié)構(gòu)、 形貌和粒度會(huì)直接影響產(chǎn)物L(fēng)iFePO4的結(jié)構(gòu)和性能。目前，磷酸鐵的工業(yè)制法大多采用鐵酸鹽與磷酸鹽高溫反應(yīng)合成，或采用氯化 鐵與磷酸在一定的溫度下反應(yīng)。上述兩種磷酸鐵工業(yè)制法均需在高溫下發(fā)生反應(yīng)，對(duì)設(shè) 備有要求，且能耗高，生產(chǎn)成本高，并且采用上述方法所得磷酸鐵存在如下缺點(diǎn)一是 為完全或部分結(jié)晶態(tài)，反應(yīng)活性不高；二是粒徑大，且分布不均勻，導(dǎo)致鋰離子在晶格 中的插入和擴(kuò)散困難，電化學(xué)性能欠佳。近年來(lái)，也有采用沉淀法合成高振實(shí)密度的磷 酸鐵，所得磷酸鐵仍為結(jié)晶態(tài)，粒徑大至十幾微米。以其為原料合成的LiFePO4雖然體 積比容量較大，但大電流充放電性能不佳，無(wú)法滿足動(dòng)力型鋰離子電池的要求。具有微納結(jié)構(gòu)的磷酸鐵不僅可用于鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的制備，也可 以用于食品添加劑、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域。目前未見具有微納結(jié)構(gòu)磷酸鐵的制備方法的報(bào) 道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種具有微納結(jié)構(gòu)的磷酸鐵的制備方法。 該方法條件溫和，工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，所得產(chǎn)品純度高、流動(dòng)性好、分散性好、比表面積可 控。本發(fā)明的技術(shù)方案是
將硫酸亞鐵溶液、磷酸和氧化劑分別導(dǎo)入反應(yīng)容器，氧化反應(yīng)2 5h后，加入硫酸 亞鐵和磷酸總量10 0.05wt%的水溶性非離子表面活性劑，升溫至50 100°C，紊流循 環(huán)20 60分鐘后，再加入5 20wt%氫氧化鈉溶液，在線控制反應(yīng)體系的pH為2.0 4.5 ；加堿完畢后，繼續(xù)紊流循環(huán)20 60分鐘，然后靜置陳化120 600 min后分離；用 純凈水洗滌產(chǎn)物至pH 5 7，將產(chǎn)物烘干并對(duì)產(chǎn)物表面進(jìn)行熱處理。根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，氧化劑為雙氧水、氧氣、空氣。根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，所述硫酸亞鐵溶液濃度為5 25wt%，磷酸濃度為85 wt%。根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，加堿時(shí)間為10 lOOmin。根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，洗滌產(chǎn)物的純凈水溫度為50 80°C。根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，干燥溫度為室溫至500°C，干燥時(shí)間1 10小時(shí)。根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，表面熱處理溫度范圍200 600°C。
本發(fā)明方法以硫酸亞鐵、磷酸、氧化劑為原料，輔助非離子表面活性劑，采用 紊流循環(huán)化學(xué)合成法，通過(guò)控制硫酸亞鐵、磷酸的濃度，紊流循環(huán)速度，非離子表面活 性劑的用量，反應(yīng)溫度、時(shí)間等條件制備出流動(dòng)性好、高分散性和比表面積可控的類球 形磷酸鐵納米團(tuán)簇，一次粒子小于IOOnm,團(tuán)簇顆粒大小在200 nm 2 μ m間調(diào)控。本 發(fā)明的制備方法工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，產(chǎn)品比表面積可以調(diào)控，流動(dòng)性好，易分散，粒度可以 調(diào)控，適合于鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的制備，也可以用于食品添加劑、生物醫(yī)藥 等領(lǐng)域。


圖1實(shí)施例4所得到磷酸鐵團(tuán)簇SEM圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
分別量取1000克10\￥1%硫酸亞鐵溶液和80克85wt%的磷酸溶液，加入到反應(yīng)器 中，加入27wt%|氧水，3小時(shí)后，加入86克聚乙烯醇PVA1788，升溫至50°C，紊流循 環(huán)20分鐘后，15分鐘內(nèi)加入5wt%氫氧化鈉溶液并控制pH值2.1 ；加堿完畢后繼續(xù)紊流 循環(huán)30min，然后靜置陳化120 min。過(guò)濾，用50°C去離子水洗滌3次后，120°C干燥10 小時(shí)，再經(jīng)過(guò)300攝氏度處理得到2微米的磷酸鐵團(tuán)簇。實(shí)施例2:
分別量取500克20wt%硫酸亞鐵溶液和80克85wt%的磷酸溶液，加入到反應(yīng)器中， 通入空氣至溶液變?yōu)樽睾稚?小時(shí)后，加入17克聚氧乙烯醚AEO-9，升溫至90°C，紊 流循環(huán)60分鐘后，40分鐘內(nèi)入15wt%氫氧化鈉溶液并控制pH值3.0 ；加堿完畢后，繼 續(xù)紊流循環(huán)60min，后靜置陳化200 min。過(guò)濾，用50°C去離子水洗滌3次后，120°C干 燥10小時(shí)，再經(jīng)過(guò)500攝氏度處理得到500納米的磷酸鐵團(tuán)簇。實(shí)施例3:
分別量取1000克25wt%硫酸亞鐵溶液和190克85wt%的磷酸溶液，加入到反應(yīng) 器中，通入氧氣至溶液變?yōu)樽睾稚?小時(shí)后，加入95克聚氧乙烯醚AEO-9，升溫至 70紊流循環(huán)40分鐘后，90分鐘內(nèi)加入20wt%氫氧化鈉溶液并控制pH值3.5 ；加堿 完畢后，繼續(xù)紊流循環(huán)60min，后靜置陳化200 min。過(guò)濾，用50°C去離子水洗滌3次 后，120°C干燥10小時(shí)，再經(jīng)過(guò)600攝氏度處理得到200納米的磷酸鐵團(tuán)簇。實(shí)施例4:
分別量取500克5wt%硫酸亞鐵溶液和80克85wt%的磷酸溶液，加入到反應(yīng)器中， 加入27wt%|氧水，2小時(shí)后，加入6克聚乙烯醇PVA1788，升溫至60°C，紊流循環(huán) 20分鐘后，30分鐘內(nèi)加入10wt%氫氧化鈉溶液并控制pH4.5 ；加堿完畢后繼續(xù)紊流循環(huán) 30min ,然后靜置陳化600 min。過(guò)濾，用80°C去離子水洗滌3次后，500°C干燥1小時(shí)， 再經(jīng)過(guò)200攝氏度處理得到1微米的磷酸鐵團(tuán)簇。如附圖所示。
權(quán)利要求
1.一種微納結(jié)構(gòu)磷酸鐵的制備方法，其特征在于將硫酸亞鐵溶液、磷酸和氧化劑 分別導(dǎo)入反應(yīng)容器，氧化反應(yīng)2 5h后，加入硫酸亞鐵和磷酸總量10 0.05wt%的水溶 性非離子表面活性劑，升溫至50 100°C，紊流循環(huán)20 60分鐘后，再加入5 20wt% 氫氧化鈉溶液，在線控制反應(yīng)體系的pH為2.0 4.5;加堿完畢后，繼續(xù)紊流循環(huán)20 60分鐘，然后靜置陳化120 600 min后分離；用純凈水洗滌產(chǎn)物至pH 5 7，將產(chǎn)物 烘干并對(duì)產(chǎn)物表面進(jìn)行熱處理。
2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述氧化劑為雙氧水、氧氣、空氣。
3.如權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于所述硫酸亞鐵溶液濃度為5 25wt%,磷酸濃度為85wt%。
4.如權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于加堿時(shí)間為10 lOOmin。
5.如權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于洗滌產(chǎn)物的純凈水溫度為50 80 "C。
6.如權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于所述干燥溫度為室溫至500°C； 干燥時(shí)間1 10小時(shí)。
7.如權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于所述表面熱處理溫度范圍200 600 "C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微納結(jié)構(gòu)磷酸鐵的制備方法。將硫酸亞鐵溶液、磷酸和氧化劑分別導(dǎo)入反應(yīng)容器，氧化反應(yīng)2～5h后，加入硫酸亞鐵和磷酸總量10～0.05wt%的水溶性非離子表面活性劑，升溫至50～100℃，紊流循環(huán)20～60分鐘后，再加入5～20wt%氫氧化鈉溶液，在線控制反應(yīng)體系的pH為2.0～4.5；加堿完畢后，繼續(xù)紊流循環(huán)20～60分鐘，然后靜置陳化120～600min后分離；用純凈水洗滌產(chǎn)物至pH5～7，將產(chǎn)物烘干并對(duì)產(chǎn)物表面進(jìn)行熱處理。該方法制備出流動(dòng)性好、高分散性和比表面積可控的類球形磷酸鐵納米團(tuán)簇，一次粒子小于100nm,團(tuán)簇顆粒大小在200nm～2μm間調(diào)控，該產(chǎn)品可用于鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的制備，也可以用于食品添加劑、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C01B25/37GK102009967SQ20101060177
公開日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2010年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月23日
發(fā)明者何必寅, 孫聚堂, 艾常春, 蔣昌忠, 袁良杰 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)