[發明專利]納米結構磷酸鐵的制備方法

有效

• 申請號: 202110078303.5
• 申請日: 2021-01-21
• 公開（公告）號: CN112390237B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 劉宙;熊意球;胡志兵;張海艷;劉庭杰;黎力;張娉婷;吳澤盈
• 申請（專利權）人: 金馳能源材料有限公司;湖南長遠鋰科股份有限公司
• 主分類號: C01B25/37
• 分類號: C01B25/37;B82Y40/00
• 代理公司: 北京天盾知識產權代理有限公司 11421
• 代理人: 李瓊芳;肖小龍

本發明屬于化學材料技術領域，提供了一種納米結構磷酸鐵的制備方法，包括如下步驟：S1：將鈦白副產硫酸亞鐵溶于去離子水中，過濾，加入磷酸鐵漿料母液及濃硫酸，得到溶液A，備用；S2：將雙氧水與磷酸鹽或濃磷酸混合，得到溶液B，備用；將步驟S1中的溶液A加入反應釜中，升溫，攪拌，再將步驟S2中的溶液B利用蠕動泵緩慢泵入反應釜中；最后向反應釜中緩慢通入氨水以調節pH值，從而得到白色磷酸鐵漿料；將磷酸鐵漿料進行固液分離，清液回收利用，固體進行脫水處理，得到無水的納米結構磷酸鐵。本發明合成的磷酸鐵為納米結構磷酸鐵，一次顆粒尺寸為80~200nm，振實密度高，比表面積大，是一種性能優異的磷酸鐵鋰前驅體材料。

技術領域

本發明涉及化學材料技術領域，具體涉及一種納米結構磷酸鐵的制備方法。

背景技術

磷酸鐵鋰正極材料具有原料廣泛、安全系數高、使用壽命長及成本低廉等優點，越來越受到鋰電行業的關注與應用。當前，主流鋰電池廠商均對磷酸鐵鋰電池進行了電池包層面的優化，使其在電動汽車等領域的應用更進一步。然而，對于磷酸鐵鋰正極材料本身，理論容量受限，且由于其特殊的二維離子通道，導致電荷難以進行快速傳遞，限制了其電化學性能。現有的研究主要通過離子摻雜及表面包覆等手段來改善磷酸鐵鋰正極材料的性能。而對于磷酸鐵鋰材料本身結構關注較少。磷酸鐵是合成磷酸鐵鋰的前驅體材料，很大程度上決定了后者的性能。不同條件下合成的磷酸鐵差異較大，從而導致磷酸鐵鋰正極材料的性能不一致。

因此，制備納米結構的磷酸鐵前驅體，對于提升磷酸鐵鋰正極材料的性能意義重大。

中國發明專利CN111193027A公布了一種納米磷酸鐵的制備方法，其以硫酸鐵、磷酸、硫酸的混合溶液為鐵原料液，再與磷酸銨溶液混合，升溫得到沉淀的納米尺寸磷酸鐵。然而，該方法通過添加磷酸和硫酸來維持鐵原料液的酸性，增加了磷酸的用量，且合成磷酸鐵后存在大量需要處理的酸性廢水。中國發明專利CN 111924818A公開了一種納米級磷酸鐵粉末的制備方法，該方案采用帶研磨功能的反應釜，依次將磷酸、鐵粉、氧化劑投入釜中研磨并反應，生產的漿料經噴霧干燥脫水。然而，該方法中物料需在反應釜中進行研磨，導致體系過程復雜，難以實用，所制備的納米磷酸鐵粒子團聚現象嚴重，堆積過密。中國發明專利CN110294466B涉及一種納米片狀磷酸鐵的制備方法，此發明在一定濃度的磷酸中加入鐵黑，攪拌加熱進行反應，反應結束經脫水得到所述納米片狀磷酸鐵，其片層厚度為（70～80）nm，比表面積大。然而，該方法采用鐵黑作為鐵源，成本較高，生產的納米片結構磷酸鐵振實密度低，仍有改善之處。中國發明專利CN110010890A公開了一種球形納米磷酸鐵的常溫反應制備方法，該方法在帶攪拌的反應器中加入一定濃度三價鐵鹽溶液、磷酸溶液、檸檬酸、表面活性劑，并用硝酸調節混合溶液pH值， 最后在攪拌下通入氨氣至溶液pH值為3.5，得到乳白色漿料。將漿料脫水后粉碎，得到粒徑為(100～150)nm的球形磷酸鐵。然而，使用該方法合成磷酸鐵需要引入表面活性劑、檸檬酸及硝酸，過程復雜且不經濟。

而且，現有技術中對于磷酸鐵漿料母液的回收利用主要是回收其中的磷元素，使其直接參與反應，但這樣會對后續反應原料加入量的影響較大，增加了工序復雜性。

因此，如何充分利用好各個環節中的副產物，尤其是像鈦白生產中副產物以及磷酸鐵漿料中的母液，使他們能夠實現最大價值，成為目前的難題。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明提供一種納米結構磷酸鐵的制備方法，以解決已有納米結構磷酸鐵的技術方案中存在的諸多問題。

本發明提供的一種納米結構磷酸鐵的制備方法，包括如下步驟：

步驟S1：將鈦白副產物硫酸亞鐵溶于去離子水中，過濾，加入磷酸鐵漿料母液和濃硫酸，得到溶液 A，備用；

步驟S2：將雙氧水與磷酸鹽或濃磷酸混合，得到溶液B，備用；

步驟S3：將步驟S1中的溶液A加入反應釜中，升溫，攪拌，再將步驟S2中的溶液B利用蠕動泵緩慢泵入反應釜中；