一种新颖形貌的羟基磷酸铁基电池材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种新颖形貌的羟基磷酸铁基电池材料的制备方法，包括如下步骤：将可溶性铁盐溶于水，搅拌分散，配制0.1‑0.3M的溶液；按可溶性铁盐与磷酸三钠的摩尔比为1:0.8‑1.2的比例加入磷酸三钠，持续搅拌10‑30min；按磷酸三钠与欲掺杂盐的质量比为1：0.004‑0.02的比例加入欲掺杂盐类，持续搅拌5min；将所得的混合溶液转移至100ml反应釜中，并放置于烘箱，于140‑180℃下反应18‑36h；反应结束后，抽滤，置于80‑100℃的烘箱中烘干处理4‑10h，得材料。本发明专利技术通过简单的水热法，制备了大规模形貌规整、具备良好分散性、尺寸均一的羟基磷酸铁材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电池材料制备领域，具体涉及一种新颖形貌的羟基磷酸铁基电池材料的制备方法。
技术介绍
当前随着煤、石油、天然气三大主要能源储量的日益减少，以及由此引发的环境污染和全球变暖等问题的日益恶化，开发清洁可再生资源，如太阳能、风能、潮汐能等，受到了广大学者的高度关注。但是这些可再生能源的作用具备不连续的特点，想要大规模地利用这些可再生能源，则必须具备与之配套的储能设备。锂离子电池因其具有能量密度高、自放电流小、安全性高、可大电流充放电、循环次数多、寿命长等优点，越来越多地应用于手机、笔记本电脑、数码相机、电动汽车、航空航天、军事装备等多个领域。而具备橄榄石结构的磷酸铁锂材料具备非常好的安全性、循环寿命长、成本低廉、环保等特点，被认为可代替钴酸锂成为下一代锂离子电池正极材料的首选。磷酸铁是LiFePO4的脱锂产物，可以作为该材料的前驱体，因而是合成磷酸铁锂材料的最主要原料之一。磷酸铁的结构与磷酸铁锂相近，只要很好的控制磷酸铁的结构、形状和颗粒大小，就能间接控制磷酸铁锂材料的性能。当前制备磷酸铁锂的方法主要有固相法、溶胶--凝胶法、共沉淀法等。固相法虽然工艺简单、成本低，但是所制得材料电化学稳定性差、晶体形貌不可控、尺寸分布不均匀。而其他方法操作复杂，成本较高。因此提供一种简单、便捷制备大规模形貌统一羟基磷酸铁是很有必要的。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种新颖形貌的羟基磷酸铁基电池材料的制备方法，通过简单的水热法，制备了大规模形貌规整、具备良好分散性、尺寸均一的羟基磷酸铁材料。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种新颖形貌的羟基磷酸铁基电池材料的制备方法，包括如下步骤：S1、将可溶性铁盐溶于水，搅拌分散，配制0.1--0.3M的溶液；S2、按可溶性铁盐与磷酸三钠的摩尔比为1∶0.8--1.2的比例加入磷酸三钠，持续搅拌10--30min；S3、按磷酸三钠与欲掺杂盐的质量比为1：0.004--0.02的比例加入欲掺杂盐类，持续搅拌5min；S4、将步骤S4所得的混合溶液转移至100ml反应釜中，并放置于烘箱，于140--180℃下反应18--36h；S5、反应结束后，抽滤，置于80--100℃的烘箱中烘干处理4--10h，得材料。优选地，所述欲掺杂盐为MgCl2·6H2O、MnCl2·4H2O、CoCl2·6H2O、NiCl2·6H2O、AlCl3·6H2O、NH4VO3、SnCl4·5H2O、LiCl中一种或多种。优选地，所述可溶性铁盐为三价铁盐，如三氯化铁、硝酸铁。优选地，所述步骤S4中的水热温度为140--180℃、时间为18--36h。本专利技术具有以下有益效果：先通过水热法直接制备出羟基磷酸铁或掺杂后的羟基磷酸铁，然后再通过低浓度盐酸进行短时间后处理制备了大规模地形貌规整、具备良好分散性、尺寸均一的羟基磷酸铁材料；制备工艺简单、成本低廉、得到的产物具备良好的分散性，无团聚现象，且尺寸均一，形貌规整。本专利技术在水热过程中加入欲掺杂离子后，产物形貌及分散性不会发生较大的改变。且该产物可以通过碳热还原法轻易得到磷酸铁锂。附图说明图1为本专利技术实施例1中所制备的羟基磷酸铁扫描电镜图。图2为本专利技术实施例1中所制备的羟基磷酸铁XRD曲线图。图3为本专利技术实施例2中所制备的羟基磷酸铁扫描电镜图。图4为本专利技术实施例3中所制备的羟基磷酸铁扫描电镜图。图5为本专利技术实施例4中所制备的羟基磷酸铁扫描电镜图。图6为本专利技术实施例5中所制备Mg/Mn/Co/Ni/V/Sn/Li掺杂羟基磷酸铁扫描电镜图；图中：a,b,c,d,e,f,g,h分别为掺杂SnCl4·5H2O、NiCl2·6H2O、Zn(NO3)2·6H2O、MgCl2·6H2O、CoCl2·6H2O、NH4VO3、MnCl2·4H2O、1％LiCl、20％LiCl。具体实施方式为了使本专利技术的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1本实施例以FeCl3·6H2O和Na3PO4·12H2O为原料，按摩尔比Fe:P为1:1进行配料，采用水热法制备羟基磷酸铁。具体如下：称量5.406g的FeCl3·6H2O溶于少量去离子水中，然后再加入7.602g的Na3PO4·12H2O，持续搅拌20分钟后，加入适量去离子水，使得整个溶液体积为100ml。将所制得的溶液转移至聚四氟乙烯內衬中，于140℃下水热24h。之后将其离心、洗涤并在80℃下烘干2h。将烘干后得到的产物再溶解于100ml的1mol/L的盐酸溶液中，持续搅拌30min后离心、洗涤并再次烘干得到最终产物三羟基磷酸铁。所制备的三羟基磷酸铁形貌如图1所示，从图中我们可以观察出，产物的形貌非常规整且统一，均为层叠状四角星形貌。此外其尺寸上也非常统一。图2为产物的XRD分析图，从图中我们可以得出产物的性质上，确实为三羟基磷酸铁。实施例2本实施例以FeCl3·6H2O和Na3PO4·12H2O为原料，按摩尔比Fe:P为1∶1进行配料，采用水热法制备羟基磷酸铁。具体如下：称量5.406g的FeCl3·6H2O溶于少量去离子水中，然后再加入7.602g的Na3PO4·12H2O，持续搅拌20分钟后，加入适量去离子水，使得整个溶液体积为100ml。将所制得的溶液转移至聚四氟乙烯內衬中，于180℃下水热24h。之后将其离心、洗涤并在80℃下烘干2h。将烘干后得到的产物再溶解于100ml的1mol/L的盐酸溶液中，持续搅拌30min后离心、洗涤并再次烘干得到最终产物三羟基磷酸铁。所制备的三羟基磷酸铁形貌如图3所示，从图中我们可以观察出，产物的形貌非常规整且统一，均为竹节状十字形貌。实施例3本实施例以FeCl3·6H2O和Na3PO4·12H2O为原料，按摩尔比Fe:P为1∶0.85--1.15进行配料，采用水热法制备羟基磷酸铁。具体如下：称量四份5.406g的FeCl3·6H2O分别溶于少量去离子水中，然后再分别加入6.462g、7.222g、7.983g、8.743g的Na3PO4·12H2O，持续搅拌20分钟后，加入适量去离子水，使得整个溶液体积为100ml。将所制得的溶液转移至聚四氟乙烯內衬中，于140℃下水热24h。之后将其离心、洗涤并在80℃下烘干2h。将烘干后得到的产物再溶解于100ml的1mol/L的盐酸溶液中，持续搅拌30min后离心、洗涤并再次烘干得到最终产物。所制备的羟基磷酸铁形貌如图4所示，从图中我们可以观察出，产物的形貌随着FeCl3·6H2O与Na3PO4·12H2O摩尔比的变化而发生显著地变化。随着Na3PO4·12H2O添加量的增加，产物的形貌将会产生由球型向层叠状四角星的转变。且，从图4我们可以看出，无论四种产物为何种产物，但其形貌和尺寸都在大规模上非常统一。实施例4本实施例以Fe(NO)3·9H2O和Na3PO4·12H2O为原料，按摩尔比Fe:P为1∶0.85--1.15进行配料，采用水热法制备羟基磷酸铁。具体如下：称量8.08g的Fe(NO)3·9H2O溶于少量去离子水中，然后再加入6.462g、7.222g、7.983g、8.743g的Na3PO4·12H本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新颖形貌的羟基磷酸铁基电池材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将可溶性铁盐溶于水，搅拌分散，配制0.1‑0.3M的溶液；S2、按可溶性铁盐与磷酸三钠的摩尔比为1:0.8‑1.2的比例加入磷酸三钠，持续搅拌10‑30min；S3、按磷酸三钠与欲掺杂盐的质量比为1：0.004‑0.02的比例加入欲掺杂盐类，持续搅拌5min；S4、将步骤S4所得的混合溶液转移至100ml反应釜中，并放置于烘箱，于140‑180℃下反应18‑36h；S5、反应结束后，抽滤，置于80‑100℃的烘箱中烘干处理4‑10h，得材料。

【技术特征摘要】
1.一种新颖形貌的羟基磷酸铁基电池材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将可溶性铁盐溶于水，搅拌分散，配制0.1-0.3M的溶液；S2、按可溶性铁盐与磷酸三钠的摩尔比为1:0.8-1.2的比例加入磷酸三钠，持续搅拌10-30min；S3、按磷酸三钠与欲掺杂盐的质量比为1：0.004-0.02的比例加入欲掺杂盐类，持续搅拌5min；S4、将步骤S4所得的混合溶液转移至100ml反应釜中，并放置于烘箱，于140-180℃下反应18-36h；S5、反应结束后，抽滤，置于80-100℃的烘箱中烘干处理4-10h，...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿旺昌，赵佳伟，何小伟，顾军渭，张秋禹，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61