專利名稱：層狀磷酸亞鐵的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于新材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及磷酸亞鐵材料的制備，尤其是一種層狀磷酸亞鐵的制備方法。
背景技術(shù)：
磷酸亞鐵鋰材料是一種新型的鋰離子電池正極材料，其理論比容量可達(dá)到170mAh/g,工作電壓3V，循環(huán)壽命可達(dá)上萬次，安全性好，而且合成該材料所需元素為地球上儲量豐富的元素，如Fe、P、0、Li、C等，具有成本低廉，可持續(xù)發(fā)展能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。從1997年由Goodenough研究小組報(bào)告該材料以來，被業(yè)界認(rèn)為是最為理想的動力鋰離子電池正極材料。合成磷酸亞鐵鋰材料的方法很多，包括固相法、液相法、水熱法、溶膠凝膠法、共沉淀法等等，其中，固相法應(yīng)用最為普遍。固相法多采用含鐵的化合物、含磷化合物和含鋰化合物為原料，充分混合，研磨，然后在惰性氣體保護(hù)條件下加熱一段時間，得到磷酸亞鐵鋰材料，其含鐵原料多為草酸亞鐵、三氧化二鐵等。磷酸亞鐵是一種具有優(yōu)勢的含鐵化合物，因其同時含有鐵元素和磷酸根，沒有不需要的元素，所以材料利用高，有利于降低成本。工業(yè)上制備磷酸亞鐵通常采用磷酸鈉和硫酸亞鐵溶液混合然后過濾，對過濾得到的固體進(jìn)行多次洗滌、過濾得到磷酸亞鐵，用此方法制備的磷酸亞鐵其微觀結(jié)構(gòu)為由微小片狀構(gòu)成的類球狀或環(huán)狀，見圖I。通過專利文獻(xiàn)檢索，發(fā)現(xiàn)一種用于鋰離子電池的納米層狀磷酸亞鐵鋰(LiFeP04)正極材料的制備方法(CN102263246A)，屬鋰電池制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明主要包括沉淀法制備納米層狀有機(jī)膦酸亞鐵前體、納米層狀有機(jī)膦酸亞鐵前體脫氫碳化制備納米層狀中間體、納米層狀中間體水熱轉(zhuǎn)化制備納米層狀磷酸亞鐵鋰三個步驟。通過技術(shù)對比，上述公開專利文獻(xiàn)與本發(fā)明申請有本質(zhì)的不同。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種層狀磷酸亞鐵的制備方法，通過該方法所制備的磷酸亞鐵材料的微觀結(jié)構(gòu)是一種層狀的結(jié)構(gòu)，微小片狀層疊在一起，有利于制備高性能的磷酸亞鐵鋰材料。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)目的的技術(shù)方案是一種層狀磷酸亞鐵的制備方法，制備方法的步驟是⑴把分析純磷酸二氫銨溶于去離子水中，加入強(qiáng)堿，混合均勻，并加入滴液漏斗中，強(qiáng)堿與磷酸二氫銨的摩爾比例為I :1-1. 35，加入表面活性劑，表面活性劑占分析純磷酸二氫銨質(zhì)量的1-10%,充分混合后,加入分液漏斗；⑵將分析純硫酸亞鐵晶體溶于去離子水中，充分?jǐn)嚢枧涑删G色溶液倒入不銹鋼罐中，在高速分散機(jī)上以500-3000轉(zhuǎn)/分鐘速度進(jìn)行攪拌；⑶將分液漏斗中的液體滴入硫酸亞鐵溶液中，實(shí)時監(jiān)測反應(yīng)溶液的pH值，當(dāng)分液漏斗中的溶液全部加入后，向分液漏斗中加入強(qiáng)堿溶液，再緩緩滴入反應(yīng)溶液中，直至該反應(yīng)溶液的PH值為5. 5-8. O，停止攪拌；⑷把反應(yīng)產(chǎn)物溶液倒入布氏漏斗過濾,并用去離子水反應(yīng)清洗漏斗內(nèi)物質(zhì)，將漏斗中物質(zhì)移到燒杯中，放入真空干燥箱，以65-120°C真空干燥8-10小時，即得到層狀磷酸亞鐵。而且，所述步驟⑴、⑵中的強(qiáng)堿為Na0H、K0H或NH3 H2O0而且，所述步驟⑴中的表面活 性劑是聚乙烯醇、乙醇、乙二醇、丙三醇、聚乙二醇、聚氧化乙烯的一種，或二種以上混合物。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是本發(fā)明制備的磷酸亞鐵材料結(jié)構(gòu)均勻，適合固相法工藝制備磷酸亞鐵鋰材料，可以充分和其他反應(yīng)物如碳酸鋰、氫氧化鋰、磷酸氫二銨混合，而本身層狀結(jié)構(gòu)有利于影響產(chǎn)物的形貌趨向于層狀結(jié)構(gòu)，從而具有較高的比容量和較好的加工性能，有利于制備高性能的磷酸亞鐵鋰材料。此外，本發(fā)明制備的磷酸亞鐵還適用于其他的磷酸亞鐵鋰合成方法。


圖I為現(xiàn)有技術(shù)的磷酸亞鐵的掃描電鏡照片；圖2為本發(fā)明的磷酸亞鐵的掃描電鏡照片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)一步說明，下述實(shí)施例是說明性的，不是限定性的，不能以下述實(shí)施例來限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例I :⑴把分析純磷酸二氫銨0. Imol溶于IOOg去離子水中，加入0. Imol的NaOH溶液，再加入聚氧化乙烯6000粉末I. 8g，混合均勻，加入滴液漏斗中。⑵取分析純硫酸亞鐵晶體0. 15mol，溶液IOOg去離子水，充分?jǐn)嚢枧涑删G色溶液倒入不銹鋼罐中，在高速分散機(jī)上以500轉(zhuǎn)/分鐘速度進(jìn)行攪拌。⑶將分液漏斗中的液體滴入硫酸亞鐵溶液中，實(shí)時監(jiān)測反應(yīng)溶液的pH值，當(dāng)分液漏斗中溶液全部加入后，向分液漏斗中加入50g、10%Na0H溶液，再緩緩滴入反應(yīng)溶液中，直至溶液PH值等于7. 0，停止攪拌；⑷把反應(yīng)產(chǎn)物溶液倒入布氏漏斗過濾，并用去離子水反應(yīng)清洗漏斗內(nèi)物質(zhì)8次，將漏斗中物質(zhì)移到燒杯中，放入真空干燥箱，以65°C真空干燥10小時，得到層狀磷酸亞鐵。實(shí)施例2 ⑴把分析純磷酸二氫銨0. Imol溶于IOOg去離子水中，加入0. 12mol的NH3溶液，再加入聚乙二醇400液體10g，混合均勻，加入滴液漏斗中。⑵取分析純硫酸亞鐵晶體0. 15mol，溶液IOOg去離子水，充分?jǐn)嚢枧涑删G色溶液倒入不銹鋼罐中，在高速分散機(jī)上以3000轉(zhuǎn)/分鐘速度進(jìn)行攪拌。⑶將分液漏斗中的液體滴入硫酸亞鐵溶液中，實(shí)時監(jiān)測反應(yīng)溶液的pH值，當(dāng)分液漏斗中溶液全部加入后，向分液漏斗中加入50g、8%NH3溶液，再緩緩滴入反應(yīng)溶液中，直至溶液pH值等于8. O，停止攪拌；⑷把反應(yīng)產(chǎn)物溶液倒入布氏漏斗過濾，并用去離子水反應(yīng)清洗漏斗內(nèi)物質(zhì)5次，將漏斗中物質(zhì)移到燒杯中，放入真空干燥箱，以120°C真空干燥8小時，得到層狀磷酸亞鐵。實(shí)施例3 ⑴把分析純磷酸二氫銨0. 12mol溶于IlOg去離子水中，加入0. 15mol的NH3溶液，再加入聚乙烯醇17001%溶液16g，混合均勻，加入滴液漏斗中。⑵取分析純硝酸亞鐵晶體0. 15mol，溶液IOOg去離子水，充分?jǐn)嚢枧涑删G色溶液倒入不銹鋼罐中，在高速分散機(jī)上以1000轉(zhuǎn)/分鐘速度進(jìn)行攪拌。⑶將分液漏斗中的液體滴入硫酸亞鐵溶液中，實(shí)時監(jiān)測反應(yīng)溶液的pH值，當(dāng)分液漏斗中溶液全部加入后，向分液漏斗中加入50g、8%NH3溶液，再緩緩滴入反應(yīng)溶液中，直至溶液PH值等于6. 0，停止攪拌；⑷把反應(yīng)產(chǎn)物溶液倒入布氏漏斗過濾，并用去離子水反應(yīng)清洗漏斗內(nèi)物質(zhì)5次，將漏斗中物質(zhì)移到燒杯中，放入真空干燥箱，以100°c真空干燥8小時，得到層狀磷酸亞鐵。將本發(fā)明所制備的層狀磷酸亞鐵與碳酸鋰、磷酸二氫銨按照Li P Fe=l比例混合，加入混合物總質(zhì)量10%葡萄糖，用研缽充分研磨10小時，放入真空石英爐，通入高純氬氣加入到720攝氏度，保持16小時，得到磷酸亞鐵鋰材料，測試其放電比容量為158mAh/g。
權(quán)利要求
1.一種層狀磷酸亞鐵的制備方法，其特征在于制備方法的步驟是 ⑴把分析純磷酸二氫銨溶于去離子水中，加入強(qiáng)堿，混合均勻，并加入滴液漏斗中，強(qiáng)堿與磷酸二氫銨的摩爾比例為I :1-1. 35，加入表面活性劑，表面活性劑占分析純磷酸二氫銨質(zhì)量的1_10%，充分混合后,加入分液漏斗； ⑵將分析純硫酸亞鐵晶體溶于去離子水中，充分?jǐn)嚢枧涑删G色溶液倒入不銹鋼罐中，在高速分散機(jī)上以500-3000轉(zhuǎn)/分鐘速度進(jìn)行攪拌； ⑶將分液漏斗中的液體滴入硫酸亞鐵溶液中，實(shí)時監(jiān)測反應(yīng)溶液的pH值，當(dāng)分液漏斗中的溶液全部加入后，向分液漏斗中加入強(qiáng)堿溶液，再緩緩滴入反應(yīng)溶液中，直至該反應(yīng)溶液的PH值為5. 5-8. 0，停止攪拌； ⑷把反應(yīng)產(chǎn)物溶液倒入布氏漏斗過濾，并用去離子水反應(yīng)清洗漏斗內(nèi)物質(zhì)，將漏斗中物質(zhì)移到燒杯中，放入真空干燥箱，以65-120°C真空干燥8-10小時，即得到層狀磷酸亞鐵。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的層狀磷酸亞鐵的制備方法，其特征在于所述步驟⑴、⑵中的強(qiáng)堿為 NaOH、KOH 或 NH3 · H2O。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的層狀磷酸亞鐵的制備方法，其特征在于所述步驟⑴中的表面活性劑是聚乙烯醇、乙醇、乙二醇、丙三醇、聚乙二醇、聚氧化乙烯的一種，或二種以上混合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種層狀磷酸亞鐵的制備方法，制備方法的步驟是⑴把分析純磷酸二氫銨溶于去離子水中，加入強(qiáng)堿，加入表面活性劑，攪拌，轉(zhuǎn)入分液漏斗中；⑵將分析純硫酸亞鐵晶體溶于去離子水中；⑶將分液漏斗中的液體滴入硫酸亞鐵溶液中，實(shí)時監(jiān)測反應(yīng)溶液的pH值，當(dāng)分液漏斗中的溶液全部加入后，向分液漏斗中加入強(qiáng)堿溶液，再緩緩滴入反應(yīng)溶液中，直至該反應(yīng)溶液的pH值為5.5-8.0；⑷把反應(yīng)產(chǎn)物溶液倒入布氏漏斗過濾，并用去離子水反應(yīng)清洗漏斗內(nèi)物質(zhì)，將漏斗中物質(zhì)移到燒杯中，放入真空干燥箱，以65-120℃真空干燥8-10小時，即得到層狀磷酸亞鐵。本發(fā)明所制備的磷酸亞鐵材料的微觀結(jié)構(gòu)是一種層狀的結(jié)構(gòu)，微小片狀層疊在一起，這種微觀結(jié)果有利于制備高性能的磷酸亞鐵鋰材料。
文檔編號C01B25/45GK102765709SQ20121027928
公開日2012年11月7日 申請日期2012年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月7日
發(fā)明者葉麗光, 郝德利 申請人:萬雅寧, 北京科銳志投資管理中心(有限合伙), 天津赫維科技有限公司, 廖衛(wèi)東