【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本文涉及材料，尤其涉及一种磷酸铁材料及其制备方法。
技术介绍
1、锂离子电池中常见的磷酸铁锂正极材料一般的制备方法是先合成前驱体磷酸铁，随后再和锂源混合煅烧得到最终产品。由于磷酸铁与最终制备的磷酸铁锂结构非常接近，因此在制备磷酸铁锂时，对于磷酸铁的结构、形貌以及粒度大小进行控制和优化可以有效提升最终的磷酸铁锂的电化学性能。
2、目前的磷酸铁制备方法包括水热法、溶胶-凝胶法以及共沉淀法，其中水热法因生产成本低，产率高而更为常见，但是水热法一般在密闭的高压反应釜中进行，因此很难控制和调节水热过程中内部参数，尤其是反应体系的ph，若在磷酸铁生成过程中ph无法维持稳定，导致ph过低，则磷酸铁晶型的生长效率将显著变低；而ph过高，又会导致氢氧化铁的形成，两者均会导致磷酸铁的形貌和结构受到影响。
技术实现思路
1、本文的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种磷酸铁材料及其制备方法，该方法依然以高性价比的水热体系为基础，在常规引入各原料的情况下，以尿素插层的埃洛石纳米管为添加剂混合，该物质可以在水热过程中缓慢地释放尿素以维持体系ph的稳定平衡，并且在插层中的尿素高温稳定性提升，不会在反应初始阶段便因为水热体系的高温高压而迅速分解，最终制备的磷酸铁材料具有理想的结构形貌，利用该方法得到的磷酸铁前驱体制备的磷酸铁锂正极材料具有优异的电化学性能。
2、为实现上述目的，本文所采取的技术方案为：
3、一种磷酸铁材料的制备方法，包括以下步骤：
4、将尿素
5、将尿素插层的埃洛石纳米管混合物、铁源以及磷源在水中混合，随后在120-180℃下反应1.5-6h，过滤，干燥，得干燥固形物；所述尿素的摩尔量与水的体积之比为(0.01-0.5)mol：1l；
6、将干燥固形物在保护气氛下500-700℃煅烧2-6h，破碎，即得所述磷酸铁材料。
7、传统水热法制备磷酸铁工艺中，尿素是一种常见的ph调节添加剂，但该物质容易受高温高压影响而水解，而水热反应耗时一般较长，因此在反应后期尿素基本失活，无法再起到调节体系ph的作用，ph逐渐降低，晶核含量增大，晶型生长效果差；而如果在原料添加阶段便引入大剂量的尿素，虽然尿素的失活时间将会延后，但初始阶段的反应体系ph过高，将会导致氢氧化铁这一杂质的产生，影响形成磷酸铁的品质。
8、埃洛石纳米管(hnts)是一种硅酸盐矿物所组成的管层型纳米材料，该材料具有较大的外壁及中空腔管比表面积，同时表面富含羟基和硅氧基，因此具有较高的吸附性，本文将尿素以物理研磨的形式引入至埃洛石纳米管中实现复合，尿素取代了埃洛石纳米管中原有较小的水分子并插层进入其层间结构中(晶面层间距从7埃增加至10埃)，尿素的稳定性显著提升，在不改变添加量的前提下引入至水热体系后的失活时间显著延后，并且尿素在插层中基于埃洛石纳米管的特性可以实现缓慢释放稳定体系ph的效果，整个水热反应过程中反应体系的ph均可以实现平稳。此外，埃洛石纳米管的管道结构在被最终制备的磷酸铁锂继承后可以为锂离子的脱嵌提供位点，缩短锂离子的传输路径。
9、不过，正如上文所述，由于埃洛石纳米管是以插层的形式进行尿素固定，因此需要对两者的复合量进行特定考量，若埃洛石纳米管的添加量过少，则尿素成功插层的概率变低，对于维持水热体系ph稳定性的提升程度不足，但若埃洛石纳米管的添加量过多，由于埃洛石纳米管本身的导电性不高，并且在水热过程中并不参与反应，因此可能会在反应时造成团聚影响产品均匀性，同时也会降低最终制备的磷酸铁锂的导电性。
10、在一实施例中，所述尿素和埃洛石纳米管的质量比(2-4)：2。
11、在一实施例中，所述埃洛石纳米管长度为100-1500nm，外径为40-70nm，内径为15-30nm。
12、在一实施例中，所述磷源与尿素的摩尔比为1：(1-10)；
13、与常规的水热反应体系类似，本文中尿素的总添加量可以与磷源适配，保障尿素在缓慢释放的情况下可以维持ph在合适的范围。
14、在一实施例中，所述尿素的摩尔量与水的体积之比为(0.2-0.4)mol：1l；
15、当尿素的添加浓度维持在上述范围内时，通过本文所述制备方法制备的磷酸铁的形貌结构更佳，进一步制备的磷酸铁锂的电化学活性更好。
16、在一实施例中，所述尿素和埃洛石纳米管混合研磨的时间为15-25min。
17、研磨时间与尿素的插层量相关，在所述研磨时间下，尿素的插层效果更好，并且不会引入过多埃洛石纳米管。
18、在一实施例中，所述铁源为三价铁源；
19、进一步地，所述三价铁源为水合氯化铁、硝酸铁中的至少一种；
20、进一步地，所述铁源在水中的浓度为0.01-0.5mol/l。
21、在一实施例中，所述磷源为磷酸、磷酸氢铵、磷酸二氢铵、磷酸铵中的至少一种。
22、在一实施例中，所述保护气氛为氮气、氦气、氩气中的至少一种。
23、本文的另一目的在于提供所述磷酸铁的制备方法制备得到的磷酸铁材料。
24、在一实施例中，所述磷酸铁材料破碎后的粒径2-6μm。
25、本文的再一目的在于提供所述磷酸铁材料在制备磷酸铁锂中的应用。
26、磷酸铁作为磷酸铁锂的前驱体，其形貌结构基本会被磷酸铁锂所继承，因此在本文的磷酸铁材料中，不仅由于尿素的缓慢释放而相比于常规水热法制备的磷酸铁具有更加均匀和理想的结构形貌，同时还引入了少量的埃洛石纳米管，该物质可以在磷酸铁材料制备成磷酸铁锂后赋予其更多的锂脱嵌位点数量，使其在应用于锂脱嵌时具有更高的传输效率。
27、本文的再一目的在于提供一种磷酸铁锂的制备方法，包括以下步骤：将本文所述磷酸铁材料与锂源混合并在溶剂中球磨混合，随后加入碳源并在保护气氛下600-800℃煅烧5-15h，即得所述磷酸铁锂。
28、在一实施例中，所述锂源为碳酸锂、醋酸锂、氯化锂中的至少一种。
29、在一实施例中，所述溶剂为无水乙醇。
30、相比于现有技术，本文的有益效果为：
31、本文提供了一种磷酸铁材料及其制备方法，该方法依然以高性价比的水热体系为基础，在常规引入各原料的情况下，以尿素插层的埃洛石纳米管为添加剂混合，该物质可以在水热过程中缓慢地释放尿素以维持体系ph的稳定平衡，并且在插层中的尿素高温稳定性提升，不会在反应初始阶段便因为水热体系的高温高压而迅速分解，最终制备的磷酸铁材料具有理想的结构形貌，利用该方法得到的磷酸铁前驱体制备的磷酸铁锂正极材料具有优异的电化学性能。
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1.一种磷酸铁材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述磷酸铁材料的制备方法，其特征在于，所述尿素和埃洛石纳米管的质量比(2-4)：2。
3.如权利要求1所述磷酸铁材料的制备方法，其特征在于，所述磷源与尿素的摩尔比为1：(1-10)。
4.如权利要求1所述磷酸铁材料的制备方法，其特征在于，所述尿素的摩尔量与水的体积之比为(0.2-0.4)mol：1L。
5.如权利要求1所述磷酸铁材料的制备方法，其特征在于，所述尿素和埃洛石纳米管混合研磨的时间为15-25min。
6.如权利要求1所述磷酸铁材料的制备方法，其特征在于，所述铁源在水中的浓度为0.01-0.5mol/L。
7.如权利要求1所述磷酸铁材料的制备方法，其特征在于，所述磷源为磷酸、磷酸氢铵、磷酸二氢铵、磷酸铵中的至少一种；所述铁源为三价铁源，所述三价铁源为水合氯化铁、硝酸铁中的至少一种。
8.如权利要求1-7任一项所述磷酸铁的制备方法制备得到的磷酸铁材料。
9.如权利要求8所述所述磷酸铁材料在制备磷酸铁锂中的
10.一种磷酸铁锂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将权利要求8所述磷酸铁材料与锂源混合并在溶剂中球磨混合，随后加入碳源并在保护气氛下600-800℃煅烧5-15h，即得所述磷酸铁锂。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种磷酸铁材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述磷酸铁材料的制备方法，其特征在于，所述尿素和埃洛石纳米管的质量比(2-4)：2。
3.如权利要求1所述磷酸铁材料的制备方法，其特征在于，所述磷源与尿素的摩尔比为1：(1-10)。
4.如权利要求1所述磷酸铁材料的制备方法，其特征在于，所述尿素的摩尔量与水的体积之比为(0.2-0.4)mol：1l。
5.如权利要求1所述磷酸铁材料的制备方法，其特征在于，所述尿素和埃洛石纳米管混合研磨的时间为15-25min。
6.如权利要求1所述磷酸铁材料的制备方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：余海军，谢英豪，李爱霞，李长东，
申请(专利权)人：广东邦普循环科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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