[發明專利]磷酸鐵和磷酸鐵鋰的制備方法及磷酸鐵、磷酸鐵鋰材料

在審

• 申請號: 201810049682.3
• 申請日: 2018-01-18
• 公開（公告）號: CN108264031A
• 公開（公告）日: 2018-07-10
• 發明（設計）人: 張友祥;馬曉玲;郭方亞
• 申請（專利權）人: 林立（武漢）新能源科技有限公司
• 主分類號: C01B25/37
• 分類號: C01B25/37;C01B25/45;B82Y40/00;H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62
• 代理公司: 北京眾達德權知識產權代理有限公司 11570
• 代理人: 劉杰

本發明公開了一種磷酸鐵和磷酸鐵鋰的制備方法及磷酸鐵、磷酸鐵鋰材料，屬于無機材料技術領域。所述磷酸鐵的制備方法包括：分別配制鐵鹽溶液和磷酸(鹽)溶液；其中，鐵鹽溶液和磷酸(鹽)溶液的濃度小于5mol/L；將所述鐵鹽溶液與磷酸(鹽)溶液混合，攪拌形成混合溶液；其中，磷酸(鹽)與鐵鹽的摩爾比不小于1:1；將所述混合溶液于70～90℃保溫反應得到反應產物，將反應產物中的沉淀物分離并洗滌、干燥，得到單斜晶系、均勻納米圓盤狀磷酸鐵。使用該方法制備的磷酸鐵合成出的鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰有很好的高功率性能和低溫性能，利于電池的快充電和低溫充放電。本發明制備方法簡單，產品形貌易于調控，適于大規模化工業生產。

技術領域

本發明涉及無機材料技術領域，特別涉及一種磷酸鐵的制備方法及其應用、該磷酸鐵材料。

背景技術

作為鋰離子電池的正極材料，目前已商業化的材料主要有LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄和三元材料及其衍生物，如LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂等。在這些材料中，LiFePO₄具有無毒、無污染、安全性能好、原材料來源廣泛、價格便宜，壽命長等優點，是新一代鋰離子電池的理想正極材料。LiFePO₄的產業化和普及應用對降低鋰離子電池成本，提高電池安全性，擴大鋰離子電池產業，促進鋰離子電池大型化、高功率化具有十分重大的意義。然而，LiFePO₄堆積密度低，該缺點會使得制成的鋰離子電池體積龐大，在一定程度上阻礙材料的實際應用。對LiFePO₄的電化學性能研究表明，以磷酸鐵(FePO₄或FePO₄·2H₂O)作為合成磷酸鐵鋰時的鐵源與磷源，將磷酸鐵進行鋰化反應，磷酸鐵的大小、形貌、和結構直接影響(甚至決定了)產物LiFePO₄的大小、形貌和結構，進而影響(甚至決定了)LiFePO₄的振實密度和電化學性能，特別是其高倍率性能、低溫性能和體積能量密度。

磷酸鐵的制備方法有固相合成法和液相合成法，固相合成法一般很難控制產物的大小與形貌。磷酸鐵的液相合成法主要為沉淀法，即用雙氧水把二價鐵鹽氧化成三價鐵，再使用磷酸或磷酸鹽與三價鐵生成磷酸鐵沉淀。該方法的缺點一是無法有效控制產物磷酸鐵的大小和形貌；二是制備的磷酸鐵沉淀多為非晶態(即無定形)產品。用這些方法制備的磷酸鐵作為鐵源與磷源來生產LiFePO₄時，自然無法控制所得到的LiFePO₄的大小和形貌，從而不利于提高LiFePO₄正極材料的電化學性能。

發明內容

本發明的目的是提供一種磷酸鐵和磷酸鐵鋰的制備方法及磷酸鐵、磷酸鐵鋰材料，該制備方法能夠有效控制所得磷酸鐵的大小和形貌，進而控制鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的大小和形貌，從而提高鋰離子電池的電化學性能。

一方面，為實現上述目的，本發明提供了一種磷酸鐵的制備方法，所述方法包括：

分別配制鐵鹽溶液和磷酸(鹽)溶液；其中，所述鐵鹽溶液和磷酸(鹽)溶液的濃度小于5mol/L；

將所述鐵鹽溶液與磷酸(鹽)溶液混合，攪拌形成混合溶液；其中，磷酸(鹽)與鐵鹽的摩爾比不小于1:1；

將所述混合溶液于70～90℃保溫反應得到反應產物，將所述反應產物中的沉淀物分離并洗滌、干燥，得到單斜晶系、均勻納米圓盤狀磷酸鐵。