【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开属于电池材料，涉及一种多孔磷酸铁及其制备方法和应用。
技术介绍
1、橄榄石结构的磷酸铁锂(lifepo4)材料因具备高理论容量、成本低廉、环境友好和高安全性等特点，被认为是目前锂离子电池最有发展潜力的正极材料。然而，其结构的固有缺陷，导致磷酸铁锂的电子电导率及锂离子扩散速率较低，这使得其倍率性能和低温性能不理想，并进一步限制了其在动力电池中的实际应用。
2、磷铁合成工艺路线中，磷酸铁是制备磷酸铁锂的重要前驱体原料，且磷酸铁锂晶体可直接在磷酸铁晶体的基础上生长，因此，磷酸铁的结构形貌及其颗粒尺寸决定着磷酸铁锂的物化性质，并对其电化学性能具有重要影响。
3、cn110104624a公开了一种多孔磷酸铁的制备方法，其利用发泡微球在加热过程中发生膨胀，制备得到了高比表面积的多孔磷酸铁。
4、cn115465846公开了一种多孔磷酸铁及使用其制备低温型磷酸铁锂的方法。其通过流化装置配合脉冲通入气相氢氟酸在加热条件下对磷酸铁进行刻蚀，该刻蚀方法可以使氢氟酸和流化状态的磷酸铁充分接触，实现刻蚀的均一性和刻蚀厚度的可控性；并且加入二氧化钛进一步提高刻蚀效率和制备的磷酸铁锂的性能。
5、上述方案所述制备多孔磷酸铁的方法成本较高且制得磷酸铁结构稳定性差，因此开发一种成本低廉、有利于锂离子扩散以及界面电解液渗透的多孔结构磷酸铁前驱体对于获得性能优异的磷酸铁锂正极材料具有重要意义。
技术实现思路
1、以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限
2、本公开的目的在于提供一种多孔磷酸铁及其制备方法和应用，本公开所述方法制得磷酸铁为三维多孔结构，该结构使以此为前驱体制备的磷酸铁锂正极材料比表面积增大，锂离子扩散路径缩短、速率加快，因此使锂离子电池的电化学性能提高。
3、为达到此目的，本公开采用以下技术方案：
4、第一方面，本公开提供了一种多孔磷酸铁的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
5、(1)将碳源、氯盐和铁源与溶剂混合，加入氨水，冷冻后进行冻干处理，得到干凝胶物料；
6、(2)对所述干凝胶物料进行碳化处理后，得到具有3d网络结构的fe2o3-c前体；
7、(3)将所述fe2o3-c前体、尿素和磷酸与溶剂混合，加热反应后经烧结处理，得到所述多孔磷酸铁。
8、本公开利用氯盐的重结晶性并以其为自组装模板先制备了负载有fe2o3颗粒的三维多孔基底，而后将基底材料与磷酸混合，经高温水热法制备了多孔结构的磷酸铁材料；该合成方法通过使用多孔前体材料为磷酸铁结晶提供了空间模板，让难可控的结晶形貌在开始前得到设计，避免了当前磷酸铁生产过程出现的硬团聚等不足；所述合成方法简便易行，环境友好，具有良好的工业化前景。
9、在一个实施方式中，步骤(1)所述碳源包括葡萄糖、蔗糖或淀粉中的任意一种或至少两种的组合。
10、在一个实施方式中，所述氯盐包括氯化钠和/或氯化钾。
11、在一个实施方式中，所述铁源包括九水合硝酸铁和/或六水合氯化铁。
12、在一个实施方式中，所述溶剂包括水。
13、在一个实施方式中，所述氨水的质量浓度为20％～30％，例如：20％、22％、25％、28％或30％等。
14、在一个实施方式中，步骤(1)所述氯盐和碳源的质量比为(4～6):1，例如：4:1、4.5:1、5:1、5.5:1或6:1等。
15、在一个实施方式中，所述氯盐和铁源的质量比为(8～10):1。
16、在一个实施方式中，步骤(1)所述冷冻的温度为-15～-25℃，例如：-15℃、-18℃、-20℃、-22℃或-25℃等。
17、在一个实施方式中，所述冷冻的时间为8～15h，例如：8h、9h、10h、12h或15h等。
18、在一个实施方式中，所述冻干处理的温度为-50～-60℃，例如：-50℃、-52℃、-55℃、-58℃或-60℃等。
19、在一个实施方式中，所述冻干处理的时间为24～36h，例如：24h、28h、30h、32h或36h等。
20、在一个实施方式中，步骤(2)所述碳化处理前进行研磨处理。
21、在一个实施方式中，所述碳化处理的温度为550～650℃，例如：550℃、580℃、600℃、620℃或650℃等。
22、在一个实施方式中，所述碳化处理的时间为2～3h，例如：2h、2.2h、2.5h、2.8h或3h等。
23、在一个实施方式中，所述碳化处理后进行洗涤处理。
24、在一个实施方式中，所述洗涤处理的洗涤剂包括去离子水。
25、本公开在制备3d fe2o3-c前体材料的步骤中，碳源在高温热解后形成超薄碳纳米片，经去离子水洗涤去除氯盐模板后构成了交织的三维碳骨架网络，碳网的存在可增加电极材料的电子电导率。此外，三维多孔结构还有利于缓解电极材料在脱/嵌锂过程中的体积变化，增强其结构稳定性。
26、所述fe2o3-c前体材料包括三维多孔结构碳骨架，所述三维多孔结构碳骨架为碳源在高温热解后在盐模板表面自组装形成的三维碳网络骨架，所述前体材料中的fe2o3负载于所述三维多孔结构碳骨架表面。
27、在一个实施方式中，步骤(3)所述尿素与fe2o3-c前体中铁元素的摩尔比为(5～10):1，例如：5:1、6:1、7:1、8:1、9:1或10:1等。
28、在一个实施方式中，所述磷酸的浓度为0.05～0.15mol/l，例如：0.05mol/l、0.08mol/l、0.1mol/l、0.12mol/l或0.15mol/l等。
29、在一个实施方式中，所述fe2o3-c前体中铁元素与磷酸中磷元素的摩尔比为(0.98～1.06):1，例如：0.98:1、0.99:1、1:1、1.02:1或1.06:1等。
30、在一个实施方式中，步骤(3)所述加热反应的温度为120～150℃，例如：120℃、125℃、130℃、140℃或150℃等。
31、在一个实施方式中，所述加热反应的时间为12～24h，例如：12h、16h、18h、20h或24h等。
32、在一个实施方式中，所述加热反应后进行离心、洗涤和烘干处理。
33、在一个实施方式中，步骤(3)所述烧结处理的温度为500～750℃，例如：500℃、520℃、550℃、600℃或750℃等。
34、在一个实施方式中，所述烧结处理的时间为4～10h，例如：4h、5h、6h、8h或10h等。
35、第二方面，本公开提供了一种多孔磷酸铁，所述多孔磷酸铁通过如第一方面所述方法制得。
36、本公开制备的磷酸铁具有三维多孔结构，相比于无规则实心磷酸铁材料，该结构的材料具有较大的比表面积和丰富的传质通道，这有利于电极材料与电解液的充分接触，缩短锂本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多孔磷酸铁的制备方法，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的制备方法，其中，步骤(1)所述碳源包括葡萄糖、蔗糖或淀粉中的任意一种或至少两种的组合。
3.如权利要求1或2所述的制备方法，其中，所述氯盐包括氯化钠和/或氯化钾。
4.如权利要求1-3任一项所述的制备方法，其中，所述铁源包括九水合硝酸铁和/或六水合氯化铁。
5.如权利要求1-4任一项所述的制备方法，其中，所述溶剂包括水。
6.如权利要求1-5任一项所述的制备方法，其中，所述氨水的质量浓度为20％～30％。
7.如权利要求1-6任一项所述的制备方法，其中，步骤(1)所述氯盐和碳源的质量比为(4～6):1。
8.如权利要求1-7任一项所述的制备方法，其中，所述氯盐和铁源的质量比为(8～10):1。
9.如权利要求1-8任一项所述的制备方法，其中，步骤(1)所述冷冻的温度为-15～-25℃；
10.如权利要求1-9任一项所述的制备方法，其中，步骤(2)所述碳化处理前进行研磨处理；
11.如权利要求1-
12.如权利要求1-11任一项所述的制备方法，其中，步骤(3)所述加热反应的温度为120～150℃；
13.如权利要求1-12任一项所述的制备方法，其中，步骤(3)所述烧结处理的温度为500～750℃；
14.一种通过如权利要求1-13任一项所述方法制得的多孔磷酸铁。
15.一种如权利要求14所述多孔磷酸铁与锂源和碳源混合烧结制得的磷酸铁锂正极材料。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种多孔磷酸铁的制备方法，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的制备方法，其中，步骤(1)所述碳源包括葡萄糖、蔗糖或淀粉中的任意一种或至少两种的组合。
3.如权利要求1或2所述的制备方法，其中，所述氯盐包括氯化钠和/或氯化钾。
4.如权利要求1-3任一项所述的制备方法，其中，所述铁源包括九水合硝酸铁和/或六水合氯化铁。
5.如权利要求1-4任一项所述的制备方法，其中，所述溶剂包括水。
6.如权利要求1-5任一项所述的制备方法，其中，所述氨水的质量浓度为20％～30％。
7.如权利要求1-6任一项所述的制备方法，其中，步骤(1)所述氯盐和碳源的质量比为(4～6):1。
8.如权利要求1-7任一项所述的制备方法，其中，所述氯盐和铁源的质量比为(8～10):1。...
【专利技术属性】
技术研发人员：余海军，李长东，李爱霞，王涛，谢英豪，
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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