[發明專利]一種納米級磷酸鐵及其制備方法

有效

• 申請號: 201410331609.7
• 申請日: 2014-07-14
• 公開（公告）號: CN104129770A
• 公開（公告）日: 2014-11-05
• 發明（設計）人: 常開軍
• 申請（專利權）人: 常開軍
• 主分類號: C01B25/45
• 分類號: C01B25/45;B82Y40/00;H01M4/58
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 成鋼

技術領域

本發明屬于納米級磷酸鐵制備技術領域，具體涉及一種適用于磷酸鐵電鋰電池的納米級磷酸鐵的制造方法。?

背景技術

按照傳統工藝制備磷酸鐵很難實現磷酸鐵的納米化，由于磷酸鐵固有的特性，導電差，一次顆粒越大則合成的LFP電性能就越差，磷酸鐵的一次顆粒的大小直接影響后期合成LFP的電性能。納米化后磷酸鐵其微觀結構上有更多微孔及通道，為合成LFP提供更多碳包覆空間和鋰離子鑲嵌通道，所合成的LFP在電化學性能方面更加優良、穩定、可靠。傳統方法合成的一次顆粒過大，因為空間阻力過大，一次顆粒微觀上也不具備足夠的微孔和通道，所以在對磷酸鐵進行碳包覆上及鋰離子滲透、鑲嵌上很難實現或效果不理想，由此合成的LFP克容量偏低，倍率放電性能差，產品質量是達不到磷酸鐵鋰電池材料合成要求，因而也就不能滿足LFP電性能參數要求。?

發明內容

針對現有技術中得到磷酸鐵的一次顆粒過大，影響后續產品的電性能的問題，本發明提供一種LFP克容量高，倍率放電性能好，產品質量可以達到磷酸鐵鋰電池材料合成要求的納米級磷酸鐵的制造方法。

本發明的目的是這樣實現的：一種納米級磷酸鐵，納米級磷酸鐵為類球形,中粒徑為10-100納米，其晶相為單斜結構，空間群為P21/n，其中α=90度，β=90.51度，γ=90度。

一種納米級磷酸鐵的制造方法,包括以下步驟：

1）初步納米化磷酸鐵濾餅制備：將無機亞鐵鹽或水溶性亞有機亞鐵鹽用純水加熱溶解，調整鐵鹽溶液波美度為10-15°Be′，鐵鹽溶液的PH值用磷酸調整到pH值為1.0-4.5，按物料質量比的5‰-1.5%加入分散劑無水乙醇，攪拌速度控制并保持在60-65r/min，溫度保持在65-70℃下加入10—15%的過氧化氫，加入量為物料總質量的8-13%，加入速率為15kg/min-180kg/min，待磷酸鐵由黃白轉變成粉白色時完成單斜結構的磷鐵礦相系晶形形成，將溫度升至80-90度之間，在此溫度下繼續反應2-4小時，保證二次顆粒全部形成具有單斜結構的磷鐵礦相系晶形，過濾，得到第一階段的初步納米化磷酸鐵濾餅；

2）深度納米化：將第一階段得到的濾餅加入純水制備成漿料，濾餅與純水的質量比例為1：2.5-3.0；轉至反應釜中，攪拌速度為55-60r/min下保溫55-60℃，緩慢加入過氧化氫，漿料與5%-10%過氧化氫的質量比為：3000：300-500，待過氧化氫分解完畢后，繼續保溫反應1-4.5小時，出料，過濾，干燥即得到一次顆粒干燥即得到一次顆粒為類球形,中粒徑為10-100納米的電池級磷酸鐵。

分散劑無水乙醇加入的時間是在磷酸鐵發生結晶之前。

用于調節鐵鹽溶液的PH值的磷酸為工業磷酸、食品級磷酸或復配、稀釋磷酸。

所述的無機亞鐵鹽為硫酸亞鐵（七水）或氯化亞鐵（四水）。

所述的有機亞鐵鹽為醋酸亞鐵（四水）。

本發明提供的納米級磷酸鐵的制造方法，可得到一次顆粒中粒徑為10-100納米的納米級的類球狀磷酸鐵，且二次粒度分布合理，在一個較窄的分布范圍內，其中D₅₀約為3微米,用本方法所生產的磷酸鐵一次（SEM電鏡圖）顆粒約30納米左右，經XRD?測試并與PDF（2004）比對可知，本專利所制造的磷酸鐵為單斜結構，晶相為磷鐵礦相，空間群為P21/n，其中α=90度，β=90.51度，γ=90度，分子通式為FePO₄.XH₂O。產品同時具有高度的分散性和流動性；二次粒度分布在一個較窄的范圍內，其中D₅₀穩定在3個微米左右，由于產品一次顆粒為納米級，則磷酸鐵極不導電的特性得到了最大程度的改善，也為合成高性能的LFP提供了良好的材料基礎，作為LFP的前驅體——磷酸鐵，因其極不導電的特性，影響了LFP材料的電性能的發揮，如何將磷酸鐵粒度做的更小，尤其是對一次顆粒進行納米化，一直是行業內重點研發和攻關的技術難題。磷酸鐵一次顆粒的納米化后，使得在合成LFP時，碳源、鋰源的加入變得更加方便和相對容易，也大大改進了LFP的電性能，降低了LFP的內阻，提升了合成LFP的電池容量，因而非常適合于制造磷酸鐵鋰（LFP）電池。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明

圖１是本發明實施例1得到的磷酸鐵XRDX射線衍射圖譜。

圖２是本發明實施例2得到的磷酸鐵XRDX射線衍射圖譜。

圖３是本發明實施例3得到的磷酸鐵XRDX射線衍射圖譜。