磷酸铁和磷酸铁锂及其制备方法、电极及电池技术

本申请涉及电池技术领域，提供了一种磷酸铁的制备方法，包括：以纯水打底，将铁源A、铵源B和磷源C投入纯水中以形成反应溶液；调节反应溶液的pH，控制反应溶液在第一温度下搅拌反应第一时长后得到反应前体；向溶液中加入磷酸，控制反应前体在第二温度下反应第二时长后转化得到二水碱式磷酸铁铵晶体；对二水碱式磷酸铁铵晶体进行过滤、干燥、煅烧、粉碎，得到磷酸铁。本申请提供的磷酸铁的制备方法通过先制备反应前体，再合成二水碱式磷酸铁铵晶体，控制产物的分散状态，降低团聚现象的发生，并结合煅烧使得磷酸铁易于研磨且同时具有高振实密度和高比表面积。度和高比表面积。度和高比表面积。

【技术实现步骤摘要】
磷酸铁和磷酸铁锂及其制备方法、电极及电池


[0001]本申请属于电池
，尤其涉及一种磷酸铁和磷酸铁锂及其制备方法，一种电极以及一种电池。

技术介绍

[0002]一般地，提高锂离子电池正极材料的压实密度是提升其能量密度的有效手段。迄今，商业化动力型磷酸铁锂的粉末压实密度已经提升至(2.40～2.50)g/cm3，实验室能够达到2.55g/cm3以上的水平。研究表明，随着磷酸铁锂压实密度的提升，其与磷酸铁前驱体的关联度也随之增大，即仅当磷酸铁锂的制程工艺与磷酸铁前驱体实现高度匹配，从而充分发挥出磷酸铁前驱体的结构性能，才能够制得更高压实密度的磷酸铁锂材料，并且具备良好的电性能。因此，开发出具有良好铁锂工艺适配性的磷酸铁具有重要意义。
[0003]现有的磷酸铁制备技术方案包括固相法、控制生长法、粒径级配法、中间体法、分散进样法、掺杂法等。然而现有磷酸铁制备技术下所得产物多呈现紧密堆积的二次团聚体，用于制备磷酸铁锂时，该种物料需要更高的研磨强度，从而导致制造成本增加。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供一种磷酸铁和磷酸铁锂及其制备方法，一种电极以及一种电池，旨在解决磷酸铁紧密堆积导致研磨难度大的问题。
[0005]为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：
[0006]第一方面，本申请提供一种磷酸铁的制备方法，包括：
[0007]以纯水打底，将铁源A、铵源B和磷源C投入所述纯水中以形成反应溶液；
[0008]调节所述反应溶液的pH，控制所述反应溶液在第一温度下搅拌反应第一时长后得到反应前体；
[0009]向所述反应溶液中加入磷酸，控制所述反应前体在第二温度下反应第二时长后转化得到二水碱式磷酸铁铵晶体；
[0010]对所述二水碱式磷酸铁铵晶体进行过滤、干燥、煅烧、粉碎，得到磷酸铁。
[0011]进一步地，所述以纯水打底，将铁源A、铵源B和磷源C投入所述纯水中以形成反应溶液，包括：提供铁源溶液A、铵源溶液B、磷源溶液C；以纯水打底，将所述铁源溶液A、所述铵源溶液B、所述磷源溶液C以多股并加的方式投入所述纯水中以形成反应溶液，其中，投料过程中投料速率为A:B:C＝(1～3):3:3，投料比为A:B:C＝1:(1.2～4):1。
[0012]进一步地，所述多股并加的方式包括：先投入A，间隔第一间隔时间后投入B，再间隔第二间隔时间后投入C，持续第一投料时长后，停止投入A、B和C，其中，所述第一间隔时间小于或等于10min，所述第二间隔时间小于或等于10min，所述第一投料时长大于0s。
[0013]进一步地，pH为2～9。
[0014]进一步地，所述纯水的用量占所述反应溶液最终量的(5～80)v％。
[0015]进一步地，所述第一温度为(20～60)℃，所述第一时长为(1～2)h。
[0016]进一步地，所述第二温度为(80～95)℃，所述第二时长为(1～3)h。
[0017]进一步地，所述铁源包括硝酸铁、氯化铁、硫酸铁中至少一种。
[0018]进一步地，所述铵源包括硝酸铵、氯化铵、硫酸铵中至少一种。
[0019]进一步地，所述磷源包括磷酸钠、磷酸氢钠、磷酸二氢钠中至少一种。
[0020]第二方面，本申请提供一种磷酸铁，所述磷酸铁为根据本申请第一方面所提供的方法制备得到的磷酸铁。
[0021]第三方面，本申请提供一种磷酸铁锂的制备方法，包括：将本申请第二方面提供的磷酸铁、锂源和碳源进行研磨混合得到混合料；将所述混合料在保护气氛中进行烧结，得到所述磷酸铁锂。
[0022]第四方面，本申请提供一种磷酸铁锂，所述磷酸铁锂为根据本申请第三方面所提供的方法制备得到的磷酸铁锂。
[0023]第五方面，本申请提供一种电极，所述电极包含本申请第四方面提供的磷酸铁锂。
[0024]第六方面，本申请提供一种电池，所述电池包括本申请第五方面提供的电极。
[0025]本申请第一方面提供的磷酸铁的制备方法通过先制备反应前体，再合成二水碱式磷酸铁铵晶体，控制产物的分散状态，降低团聚现象的发生，并结合煅烧使得的磷酸铁易于研磨，且同时具有高振实密度和高比表面积。
[0026]本申请第二方面提供的磷酸铁具高振实密度和高比表面积的特点，且易于研磨。
[0027]本申请第三方面提供的磷酸铁锂的制备方法采用了本申请第二方面提供的磷酸铁，无需对磷酸铁进行高强度的研磨，利于降低制造成本。
[0028]本申请第四方面提供的磷酸铁锂具高压实密度的特点。
[0029]本申请第五方面提供的电极具有能量密度高的特点。
[0030]本申请第六方面提供的电池具有能量密度高的特点。
附图说明
[0031]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0032]图1是本申请实施例提供的磷酸铁的制备方法的流程图；
[0033]图2是本申请实施例1提供的S4步骤制备得到的转化产物和S7步骤制备得到煅烧产物的XRD测试结果；
[0034]图3是本申请实施例1提供的S4步骤制备得到的二水碱式磷酸铁铵的扫描电子显微镜(SEM)图；
[0035]图4是本申请实施例6提供的S4步骤制备得到的二水碱式磷酸铁铵的扫描电子显微镜(SEM)图；
[0036]图5是本申请实施例7提供的S4步骤制备得到的二水碱式磷酸铁铵的扫描电子显微镜(SEM)图；
[0037]图6是本申请对比例1提供的S3步骤制备得到二水磷酸铁的扫描电子显微镜(SEM)图。
具体实施方式
[0038]为了使本申请要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本申请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申请，并不用于限定本申请。
[0039]本申请中，术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0040]本申请中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a
‑
b(即a和b),a
‑
c,b
‑
c,或a
‑
b
‑
c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。
[0041]应理解，在本申请的各种实施例中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磷酸铁的制备方法，其特征在于，包括：以纯水打底，将铁源A、铵源B和磷源C投入所述纯水中以形成反应溶液；调节所述反应溶液的pH，控制所述反应溶液在第一温度下搅拌反应第一时长后得到反应前体；向所述反应溶液中加入磷酸，控制所述反应前体在第二温度下反应第二时长后转化得到二水碱式磷酸铁铵晶体；对所述二水碱式磷酸铁铵晶体进行过滤、干燥、煅烧、粉碎，得到磷酸铁。2.如权利要求1所述的磷酸铁的制备方法，其特征在于，所述以纯水打底，将铁源A、铵源B和磷源C投入所述纯水中以形成反应溶液包括：提供铁源溶液A、铵源溶液B、磷源溶液C；以纯水打底，将所述铁源溶液A、所述铵源溶液B、所述磷源溶液C以多股并加的方式投入所述纯水中以形成反应溶液，其中，投料过程中投料速率为A:B:C＝(1～3):3:3，投料比为A:B:C＝1:(1.2～4):1。3.如权利要求2所述的磷酸铁的制备方法，其特征在于，所述多股并加的方式包括：先投入A，间隔第一间隔时间后投入B，再间隔第二间隔时间后投入C，持续第一投料时长后，停止投入A、B和C，其中，所述第一间隔时间小于或等于10min，所述第二间隔时间小于或等于1...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏捷，陈钊，侯愉婷，童秋桃，
申请(专利权)人：浙江华友钴业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：