[發(fā)明專利]一種制備納米孔磷酸鐵的方法、納米孔磷酸鐵及其應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110430128.8
• 申請(qǐng)日: 2011-12-20
• 公開（公告）號(hào): CN103172041A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡勇勝;趙君梅;馬潔;簡(jiǎn)澤浪;王福春;陳立泉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院物理研究所;中國(guó)科學(xué)院過程工程研究所
• 主分類號(hào): C01B25/37
• 分類號(hào): C01B25/37;C01B25/45;H01M4/58
• 代理公司: 北京泛華偉業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11280
• 代理人: 郭廣迅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種制備納米孔磷酸鐵的方法、納米孔磷酸鐵及其應(yīng)用，尤其涉及一種基本采用非水體系制備納米孔磷酸鐵的方法、納米孔磷酸鐵及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

磷酸鐵具有優(yōu)異的電化學(xué)性能，因而在鋰二次電池的電極材料等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。納微尺度的磷酸鐵，尤其是納米孔磷酸鐵，具有較大的比表面積和活性，可以直接作為正極材料使用，具有良好的充放電性能。而作為另一種鋰二次電池正極材料，即采用該納米孔磷酸鐵制備的磷酸鐵鋰，其電化學(xué)性能也得到了顯著提高。納米孔磷酸鐵擁有廣闊的應(yīng)用前景，但其合成方法尚處于不斷改進(jìn)和發(fā)展的過程之中。

隨著納米材料學(xué)科的不斷發(fā)展，各種形貌和結(jié)構(gòu)的磷酸鐵合成途徑被相繼報(bào)道。法國(guó)的Charles?Delacourt等通過調(diào)控水相pH值，嚴(yán)格控制反應(yīng)條件，使水相中的H₃PO₄和FeCl₃反應(yīng)，生成了微米級(jí)的無定性和晶態(tài)的磷酸鐵(參見Charles?Delacourt，Calin??Wurm，Priscilla?Reale，Mathieu?Morcrette，Christian?Masquelier.Low?temperature?preparation?of?optimized?phosphates?for?Li-battery?applications.Solic?State?Ionics，2004，173，113-118.)。中國(guó)專利CN?201010209297.4公開了一種用非離子表面活性劑制備磷酸鐵的方法，具體是在非離子表面活性劑存在下，水相體系中以磷酸鹽和鐵鹽分別作為磷源和鐵源合成了粒徑為50-300nm的磷酸鐵，主要用于磷酸鐵鋰的制備。然而，使用上述方法制備納米孔磷酸鐵存在產(chǎn)量低、工藝流程復(fù)雜、成本較高的現(xiàn)實(shí)問題，并且制得的磷酸鐵的粒徑較大、材料活性不足。尤其是水相合成時(shí)，需要對(duì)其pH值進(jìn)行嚴(yán)格調(diào)控，反應(yīng)條件較為苛刻，同時(shí)生成的磷酸鐵沉淀中容易混有氫氧化鐵，導(dǎo)致產(chǎn)品的雜質(zhì)多、粒徑大。

近年來，采用溶劑萃取方法作為一種非水溶劑法用于合成材料的報(bào)道受到人們的廣泛關(guān)注。在已有的文獻(xiàn)報(bào)道中，通過溶劑萃取來合成納米材料的方法主要包括兩種，一種是先獲得負(fù)載相應(yīng)金屬離子的有機(jī)相，然后在還原劑存在下，金屬離子轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘俨⒃谟袡C(jī)溶劑的包圍下成核并進(jìn)一步成長(zhǎng)，制備金屬納米顆粒或合金，如文獻(xiàn)Yang，J.；Sargent，E.H.；Kelley，S.O.；Ying，J.Y.A?general?phase-transfer?protocol?for?metal?ions?and?its?application?in?nanocrystal?synthesis(vol?8，pg?683，2009).Nature?Materials，2010，9，179-179.；另一種則通常是先通過溶劑萃取制得能夠溶解于有機(jī)相的金屬有機(jī)配合物，然后通過熱解的方法獲得相應(yīng)金屬的氧化物，如文獻(xiàn)Park，J.；An，K.J.；Hwang，Y.S.；Park，J.G.；Noh，H.J.；Kim，J.Y.；Park，J.H.；Hwang，N.M.；Hyeon，T.Ultra-large-scale?syntheses?of?monodisperse?nanocrystals.Nature?Materials，2004，3，891-895.。長(zhǎng)春應(yīng)化所采用兩種溶劑萃取體系，其中一種萃取體系是以萃取劑A負(fù)載金屬離子，從而構(gòu)成金屬離子源；另外一種萃取體系是以萃取劑B負(fù)載氫氟酸構(gòu)成氟源，合成了不同形貌的氟化物(參見Guo，F(xiàn).Q.；Li，H.F.；Zhang，Z.F.；Meng，S.L.；Li，D.Q.Synthesis?of?REF3(RE＝Nd，Tb)nanoparticles?via?a?solvent?extraction?route.Materials?Research?Bulletin，2009，44，1565-1568.和Guo，F(xiàn).Q.；Zhang，Z.F.；Li，H.F.；Meng，S.L.；Li，D.Q.A?solvent?extraction?route?for?CaF2?hollow?spheres.Chemical?Communications，2010，46，8237-8239.)。但是上述方法并未考慮萃取劑的回收問題，容易造成萃取劑浪費(fèi)和成本增加，導(dǎo)致環(huán)境污染，難以適合大規(guī)模的生產(chǎn)需要。