一种纳米级磷酸铁颗粒的制备方法
技术领域
本发明涉及一种纳米级磷酸铁的制备方法，该纳米磷酸铁是制备高功率动力型锂离子电池正极材料磷酸铁锂优良的前躯体材料。
背景技术
磷酸铁（FePO4）是一种米白色或灰白色粉末，最初的研究主要在农业、陶瓷玻璃、钢铁及表面钝化等领域，后来发现磷酸铁具有独特的催化特性、离子交换能力和电化学性能，还可作为新型电池正极材料，是制备锂离子电池正极材料磷酸铁锂的优良原料。
纳米级的磷酸铁锂倍率性能好，压实高，可用于超低温、启停和快充等领域，因此合成纳米级的磷酸铁锂前驱体，即磷酸铁尤为重要，目前纳米级磷酸铁锂的合成主要是将锂盐、铁盐和含磷化合物与有机碳球磨混合，再经过高温惰性气体煅烧粉碎。改工艺的缺点是无法保证混合均匀且得到的纳米颗粒大小、粒度分布不均匀。因为磷酸铁与磷酸铁锂有类似的橄榄树结构，从磷酸铁设计得到纳米级别的磷酸铁锂，实现源头上控制磷酸铁锂的粒径分布和形貌特征。共沉淀法合成纳米磷酸铁的方法容易控制、反应成本低、简便易操作、效率高，通过控制反应的氧化程度，即控制磷酸铁颗粒的生长程度实现制备纳米磷酸铁颗粒。
发明内容
本发明可将磷酸铁原始颗粒纳米化至30nm及以下，可以缩短电子和离子的传输距离，以满足高倍率和高压实型磷酸铁锂正极材料的前驱体需求。
本发明的技术方案是通过以下方式实现的：一种纳米级磷酸铁颗粒的制备方法，其技术方案为：制备含有双氧水的磷源溶液和二价铁源溶液；其中，含有双氧水的磷源溶液为含磷酸根离子和一定量双氧水的溶液，由磷酸或可溶性磷酸盐加双氧水制成；含二价铁离子溶液，由水溶性二价铁盐制成；将含一定量双氧水的磷源溶液以一定进料速率喷洒至含二价铁离子的铁源溶液反应器中，控制双氧水含量、搅拌速度、反应时间和体系温度，生成含纳米磷酸铁的混合液，经过滤、洗涤、干燥后得到纳米级磷酸铁粉末(FePO4.2H2O)；其中双氧水的量根据化学反应计量比得到，保持铁源过量，控制氧化反应程度，实现对磷酸铁颗粒大小和形貌的控制。
优选所述含有双氧水的磷源溶液中磷酸根离子的浓度为0.5-2.0mol/L；所述的双氧水为工业级或分析纯级别的双氧水；所述的可溶性磷酸盐是磷酸铵、磷酸一氢铵、磷酸二氢铵、磷酸钠、磷酸一氢钠、磷酸二氢钠、磷酸钾、磷酸一氢钾或磷酸二氢钾中的一种或多种；优选所述二价铁离子浓度为0.5-2.0mol/L。所述的水溶性二价铁盐是硝酸亚铁、氯化亚铁或硫酸亚铁中的一种或多种；选反应温度控制在60-90℃之间；优选搅拌速度为100rpm-1000rpm之间；优选反应时间为30min-5h之间。
本发明，通过上述优选条件，控制反应过程中磷酸铁的生长及成核时间，制备生成的纳米磷酸铁FePO4.2H2O为白色无定形粉末，粒度在10-30nm之间。
说明书附图
图1为本发明施例1中所制备磷酸铁的XRD衍射曲线；
图2为本发明施例1中所制备磷酸铁的扫描电镜照片。
具体实施方式
实施例1：
纳米级磷酸铁颗粒的制备方法，将含有10g双氧水的0.5mol/L磷酸溶液通过滴液漏斗缓慢滴加至装有0.5mol/L二价铁离子溶液的三口烧瓶中，烧瓶在60℃水浴中加热维持反应温度，调整机械搅拌速度为100rpm，反应30min，等体系颜色变白即生成含纳米磷酸铁的混合液，经过滤、洗涤、干燥后得到纳米级磷酸铁粉末(FePO4.2H2O)，所得磷酸铁的XRD及SEM如附图1和附图2所示。
实施例2：
纳米级磷酸铁颗粒的制备方法，将含有15g双氧水的1.0mol/L磷酸溶液通过滴液漏斗缓慢滴加至装有1.0mol/L二价铁离子溶液的三口烧瓶中，烧瓶在70℃水浴中加热维持反应温度，调整机械搅拌速度为400rpm，反应45min，等体系颜色变白即生成含纳米磷酸铁的混合液，经过滤、洗涤、干燥后得到纳米级磷酸铁粉末(FePO4.2H2O)。
实施例3：
纳米级磷酸铁颗粒的制备方法，将含有20g双氧水的1.5mol/L磷酸溶液通过滴液漏斗缓慢滴加至装有1.5mol/L二价铁离子溶液的三口烧瓶中，烧瓶在80℃水浴中加热维持反应温度，调整机械搅拌速度为600rpm，反应60min，等体系颜色变白即生成含纳米磷酸铁的混合液，经过滤、洗涤、干燥后得到纳米级磷酸铁粉末(FePO4.2H2O)。
实施例4：
纳米级磷酸铁颗粒的制备方法，将含有25g双氧水的2.0mol/L磷酸溶液通过滴液漏斗缓慢滴加至装有2.0mol/L二价铁离子溶液的三口烧瓶中，烧瓶在90℃水浴中加热维持反应温度，调整机械搅拌速度为1000rpm，反应120min，等体系颜色变白即生成含纳米磷酸铁的混合液，经过滤、洗涤、干燥后得到纳米级磷酸铁粉末(FePO4.2H2O)。
