本发明专利技术公开了一种类球形磷酸铁及其制备方法和应用，属于磷酸铁制备技术领域。本发明专利技术提供的制备方法包括如下步骤：将硫酸铁和磷酸在水中混合后进行水热反应；控制铁元素与磷元素的摩尔比值大于1；反应结束后加入磷酸二氢铵，使磷酸二氢铵与磷酸的总摩尔量不小于铁元素的摩尔量，然后进行水热反应；反应结束后依次进行洗涤、过滤、喷雾干燥、烧结，即得类球形磷酸铁。利用本发明专利技术的制备方法获得的类球形磷酸铁具有振实密度高、粒度分布窄、比表面积高、结晶性高、无严重团聚的特点，以该磷酸铁作前驱体制备的磷酸铁锂材料可以达到高压实、低烧结温度、低粉体电阻和高比容量的效果。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及磷酸铁制备，尤其涉及一种类球形磷酸铁及其制备方法和应用。
技术介绍
1、本专利技术
技术介绍
中公开的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
2、橄榄石结构磷酸铁锂是用于动力型锂离子电池的正极材料之一，磷酸铁锂由于具有高安全性、循环寿命长、环境友好和低成本等优势而成为锂离子电池行业中最具前景的正极材料之一。以磷酸铁为铁源前驱体，配以锂源化合物和添加组分所制得的磷酸铁锂表现出较高的电化学活性和振实密度。磷酸铁作为磷酸铁锂的前驱体，具有无毒、成本低、结构稳定等优势，其理化特性在一定程度上决定了最终成品磷酸铁锂的综合性能，因此有必要制备一种具有良好性能的磷酸铁材料。
3、目前常用的磷酸铁合成工艺主要分为两种，一种是以硫酸亚铁、磷酸、液碱为原料的钠法共沉淀工艺，另一种是以硫酸亚铁、磷酸二氢铵为原料的铵法共沉淀工艺。两种工艺制备的磷酸铁均存在振实密度较低、作前驱体时反应活性低、结晶性不高、团聚严重、粒度分布过宽等问题。公开号为cn115231539a的专利提出了一种湿法工艺制备磷酸铁，利用氯化铁及磷酸二氢铵作原料制备磷酸铁，改进了传统湿法工艺中需要调节ph和控制反应速度的问题，但仍没有改善磷酸铁影响磷酸铁锂合成的关键特性。
4、因此，如何提供一种磷酸铁的制备方法，以减少磷酸铁的团聚现象，提高磷酸铁的比表面积使其具有更高的反应活性，提高结晶性以改善成品磷酸铁的综合电性能，是亟待解决的问题。
r/>技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种类球形磷酸铁及其制备方法和应用，采用本专利技术的制备方法得到的磷酸铁具有类球形形貌，且振实密度高、粒度分布窄、比表面积高、结晶性高、无严重团聚，以该磷酸铁作前驱体制备的磷酸铁锂材料可以达到高压实、低烧结温度、低粉体电阻和高比容量的效果。
2、第一方面，本专利技术提供了一种类球形磷酸铁的制备方法，包括如下步骤：
3、s1、将硫酸铁和磷酸在水中混合后进行水热反应；控制铁元素与磷元素的摩尔比值大于1；
4、s2、步骤s1反应结束后加入磷酸二氢铵，使磷酸二氢铵与磷酸的总摩尔量不小于铁元素的摩尔量，然后进行水热反应；
5、s3、步骤s2反应结束后依次进行洗涤、过滤、喷雾干燥、烧结，即得类球形磷酸铁。
6、优选的，步骤s1中，铁元素与磷元素的摩尔比为1:(0.52～0.6)；步骤s2的磷酸二氢铵与步骤s1的磷酸的摩尔比为1:(0.8～1.1)。
7、优选的，步骤s1中所述的硫酸铁由硫酸亚铁经氧化剂氧化而得。
8、进一步的，所述氧化剂选自双氧水、臭氧、氧气、过氧化钠、过硫酸钾或过硫酸铵中的一种或多种。
9、进一步的，所述硫酸亚铁由钛白副产物硫酸亚铁经除杂剂除杂而得；所述除杂剂选自na2s、(nh4)2s或bas中的一种或多种。
10、优选的，步骤s1和步骤s2的水热反应的反应温度为140～200℃，反应时间为1～5h。
11、优选的，步骤s1的水热反应中还含有表面活性剂，所述表面活性剂的添加量为0.03～0.06wt％。
12、进一步的，所述表面活性剂选自十二烷基苯磺酸钠、二辛基琥珀酸磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十六烷基硫酸钠、十八烷基硫酸钠或硬脂酸钠中的一种或多种。
13、优选的，所述喷雾干燥的进料速率为3～8l/h，进口温度为220～250℃，出口温度为110～120℃。
14、优选的，步骤s3的烧结步骤具体为：以3～8℃/min的升温速率升温至450～550℃，保温烧结2～6h。
15、第二方面，本专利技术提供了上述制备方法制备得到的类球形磷酸铁。
16、第三方面，本专利技术提供了上述类球形磷酸铁的应用，所述应用为，将所述类球形磷酸铁用于制备磷酸铁锂正极材料。
17、与现有技术相比，本专利技术取得了以下有益效果：
18、(1)本专利技术采用了两段水热反应(高压液相法)制备二水合磷酸铁材料，水热反应本身能使原料在沉淀进行过程中分散得更均匀、沉淀的反应温度更高，提高了产物磷酸铁的纯度以及沉淀效率；并且本专利技术将两种不同的磷源(磷酸和磷酸二氢铵)分别在两段水热反应中加入，使后续沉淀可以在已有的磷酸铁晶体上进行包裹沉淀，在进一步提高结晶产物紧实程度的基础上能保有更多介孔空隙，宏观表现为比表面积增大，有利于最终产物无水磷酸铁反应活性的提高。
19、(2)本专利技术使用喷雾干燥+烧结的方法除去二水合磷酸铁中的结晶水，喷雾干燥能使沉淀产物内部较大的空隙进一步收缩以提高振实密度，同时其得到的球形聚集型磷酸铁即类球形磷酸铁的本身形貌就利于振实密度的提高，还能够缩短后续烧结除去结晶水所需的时间，使烧结完后的无水磷酸铁结晶性更高。
20、(3)本专利技术制备得到的磷酸铁材料具有振实密度高、粒度分布窄、比表面积高、结晶性高、无严重团聚的特点，以该磷酸铁作前驱体制备的磷酸铁锂材料可以达到高压实、低烧结温度、低粉体电阻和高比容量的效果。
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【技术保护点】
1.一种类球形磷酸铁的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，铁元素与磷元素的摩尔比为1:(0.52～0.6)；步骤S2的磷酸二氢铵与步骤S1的磷酸的摩尔比为1:(0.8～1.1)。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述的硫酸铁由硫酸亚铁经氧化剂氧化而得；所述氧化剂选自双氧水、臭氧、氧气、过氧化钠、过硫酸钾或过硫酸铵中的一种或多种。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述硫酸亚铁由钛白副产物硫酸亚铁经除杂剂除杂而得；所述除杂剂选自Na2S、(NH4)2S或BaS中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1和步骤S2的水热反应的反应温度为140～200℃，反应时间为1～5h。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1的水热反应中还含有表面活性剂，所述表面活性剂的添加量为0.03～0.06wt％。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂选自十二烷基苯磺酸钠、二辛基琥珀酸磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十六烷基硫酸钠、十八烷基硫酸钠或硬脂酸钠中的一种或多种。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述喷雾干燥的进料速率为3～8L/h，进口温度为220～250℃，出口温度为110～120℃；步骤S3的烧结步骤具体为：以3～8℃/min的升温速率升温至450～550℃，保温烧结2～6h。
9.如权利要求1～8任一项所述的制备方法制备得到的类球形磷酸铁。
10.如权利要求9所述的类球形磷酸铁的应用，其特征在于，将所述类球形磷酸铁用于制备磷酸铁锂正极材料。
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【技术特征摘要】
1.一种类球形磷酸铁的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，铁元素与磷元素的摩尔比为1:(0.52～0.6)；步骤s2的磷酸二氢铵与步骤s1的磷酸的摩尔比为1:(0.8～1.1)。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中所述的硫酸铁由硫酸亚铁经氧化剂氧化而得；所述氧化剂选自双氧水、臭氧、氧气、过氧化钠、过硫酸钾或过硫酸铵中的一种或多种。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述硫酸亚铁由钛白副产物硫酸亚铁经除杂剂除杂而得；所述除杂剂选自na2s、(nh4)2s或bas中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1和步骤s2的水热反应的反应温度为140～200℃，反应时间为1～5h。
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【专利技术属性】
技术研发人员：朱衣宸，李香香，王丽超，韩友国，
申请(专利权)人：安徽得壹能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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