一種磷酸鐵納米材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及無機(jī)材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種磷酸鐵納米材料的制備方法，包括如下步驟：將三價(jià)鐵鹽水溶液、磷酸水溶液和乙二胺混合，形成懸浮液；其中，鐵原子、磷原子、乙二胺三者的物質(zhì)的量比例為1:1～4:15～20；將所述懸浮液置入反應(yīng)釜中，控制溫度為170～190℃進(jìn)行水熱反應(yīng)3h，獲得黃色前驅(qū)體；將所述黃色前驅(qū)體650～750℃進(jìn)行煅燒4～8h，得到白色的花瓣?duì)畹牧姿徼F納米材料。本發(fā)明方法原材料低廉易得，首次使用乙二胺作為配位劑控制磷酸鐵的生長(zhǎng)方向，使所得產(chǎn)物為結(jié)構(gòu)完整、結(jié)晶度高、形貌均一、比表面積大的花瓣?duì)盍姿徼F納米材料。
【專利說明】一種磷酸鐵納米材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無機(jī)材料【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種花瓣?duì)畹牧姿徼F納米材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池是新一代綠色高能電池，有電壓高、能量密度大、循環(huán)性能好、自放電小、無記憶效應(yīng)、工作溫度范圍寬、質(zhì)量輕及無污染等眾多優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于移動(dòng)電話、筆記本電腦、攝錄機(jī)、電子儀表和武器裝備等。正極材料作為鋰離子電池的核心部分之一，歷來是研發(fā)的重點(diǎn)之一，提高正極材料的性能是提高鋰離子電池性能的關(guān)鍵。目前用于鋰離子電池的正極材料主要為含鋰的過渡族金屬氧化物及磷酸鹽類化合物，尤以LiCoO2, LiNiO2,LiMn2O4和LiFePO4類化合物最受關(guān)注。由于具有價(jià)格低廉、原料豐富、熱穩(wěn)定性好、循環(huán)性能優(yōu)良、無毒無害等優(yōu)點(diǎn)，LiFePO4被認(rèn)為是目前最具發(fā)展前景的正極材料之一。而大量研究表明，作為其最重要的前驅(qū)體磷酸鐵(FePO4),其結(jié)構(gòu)、形貌、分散性和比表面積等對(duì)產(chǎn)物L(fēng)iFePO4的性能有重要影響。另外，也有研究表明，F(xiàn)ePO4其本身也能作為也能作為鋰離子電池正極材料使用，其電化學(xué)性能由結(jié)構(gòu)和形貌所決定。
[0003]目前，F(xiàn)ePO4納米材料的制備方法主要有水熱法、溶膠凝膠法、均相沉淀法和微波法。其中水熱法是在特制的密閉反應(yīng)器(高壓釜)中，通過對(duì)反應(yīng)體系(一般為水溶液)進(jìn)行特定處理，產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)高溫、高壓的反應(yīng)環(huán)境，使得平常難溶、不溶于常規(guī)反應(yīng)體系的物質(zhì)在這個(gè)反應(yīng)體系中能夠溶解和重結(jié)晶，從而進(jìn)行無機(jī)材料的合成及處理的一種方法。與其他粉體制備方法相比較，水熱法具有以下一些優(yōu)點(diǎn):粉體的顆粒細(xì)小且均勻，晶粒發(fā)育完整，易得到合適的化學(xué)計(jì)量比和晶粒形態(tài)；反應(yīng)工藝條件簡(jiǎn)單，不需要用到球磨過程。
[0004]目前尚沒有文獻(xiàn)報(bào)道通過水熱法制備具有花瓣?duì)罨蚱瑢訝畹腇ePO4納米材料，人們希望能通過簡(jiǎn)單可行的制備方法獲得具有特定結(jié)構(gòu)的FePO4納米材料，以期望進(jìn)一步擴(kuò)大、深入對(duì)LiFePO4作為正極材料的研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種采用水熱法制備磷酸鐵納米材料的方法，其包括如下步驟:
[0006]步驟一:將三價(jià)鐵鹽水溶液、磷酸水溶液和乙二胺混合，形成懸浮液；其中，鐵原子、磷原子、乙二胺三者的物質(zhì)的量比例為1:1~4:15~20。
[0007]步驟二:將所述懸浮液置入反應(yīng)釜中，控制溫度為170~190°C進(jìn)行水熱反應(yīng)3h，獲得黃色前驅(qū)體；
[0008]步驟三:將所述黃色前驅(qū)體650~750°C進(jìn)行煅燒4~8h，得到白色的花瓣?duì)畹牧姿徼F納米材料。
[0009]進(jìn)一步地，所 述步驟一是先往所述三價(jià)鐵鹽水溶液中滴加乙二胺混勻形成混合液；再在所述混合液中滴加所述磷酸水溶液，混勻形成所述懸浮液。[0010]進(jìn)一步地，所述三價(jià)鐵鹽水溶液中鐵離子濃度為不大于lmol/L。
[0011]進(jìn)一步地，所述三價(jià)鐵鹽為FeCl3、Fe (NO3) 3及它們的水合物。
[0012]有益效果
[0013]本發(fā)明以FeCl3.6H20和H3PO4為原料，以乙二胺為鐵離子的配位劑，采用水熱法、高溫煅燒等工序得到白色的花瓣?duì)畹腇ePO4納米材料。該方法原材料低廉易得，首次使用乙二胺作為配位劑控制了 FePO4的生長(zhǎng)方向，使所得產(chǎn)物為結(jié)構(gòu)完整、結(jié)晶度高、形貌均一、比表面積大的花瓣?duì)頕ePO4納米材料，可作為前驅(qū)體用于生產(chǎn)LiFePO4正極材料，提高其電化學(xué)性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1FePO4黃色前驅(qū)體的掃描電鏡圖。
[0015]圖2是本發(fā)明實(shí)施例1花瓣?duì)頕ePO4納米材料的掃描電鏡。
[0016]圖3是本發(fā)明實(shí)施例1花瓣?duì)頕ePO4納米材料的X射線衍射圖。
[0017]圖4是本發(fā)明實(shí)施例2FeP04黃色前驅(qū)體的掃描電鏡圖。
[0018]圖5是本發(fā)明實(shí)施例3FeP04黃色前驅(qū)體的掃描電鏡圖。
[0019]圖6是本發(fā)明實(shí)施例4FeP04黃色前驅(qū)體的掃描電鏡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面，將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作詳細(xì)介紹。
[0021]實(shí)施例1
[0022]原料及其配制:
[0023](I)稱取8.1090g (30mmol) FeCl3.6H20，用35ml去離子水溶解，得到三價(jià)鐵鹽水
溶液A。
[0024](2)稱取6.9177g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85%的H3PO4,用去離子水稀釋至10ml，使磷酸完全溶解，得到磷酸水溶液B ;其中，F(xiàn)e、P原子的物質(zhì)的量之比為1:2。
[0025]步驟一:快速攪拌下在溶液A中滴加35ml (0.52mol)無水乙二胺后，繼續(xù)攪拌30min，得到混合液。然后在攪拌下向混合液中，逐滴滴加磷酸水溶液B后，繼續(xù)攪拌15min，得到懸浮液C。
[0026]步驟二:將懸浮液C轉(zhuǎn)移到100ml不銹鋼反應(yīng)釜中密封好，置于鼓風(fēng)干燥箱中，在180°C水熱反應(yīng)3h。然后冷卻、抽濾，所得黃色粉末用蒸餾水洗滌5次，80°C烘干，得到花瓣?duì)畹腇eP04前驅(qū)體，如圖1所示。
[0027]步驟三:將所得的黃色前驅(qū)體粉末置于高溫馬弗爐中，在700°C下煅燒4h，得到白色花瓣?duì)畹腇ePO4納米材料，如圖2所示。再對(duì)FePO4納米材料進(jìn)行X射線衍射實(shí)驗(yàn)。從如圖3所示可知，所制備的材料為結(jié)構(gòu)完整、結(jié)晶度好的磷酸鐵納米材料。
[0028]實(shí)施例2
[0029]原料及其配制:
[0030](I)稱取8.1090g (30mmol) FeCl3.6H20，用35ml去離子水溶解，得到三價(jià)鐵鹽水
溶液A。
[0031](2)稱取10.3766g (90mmol)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85%的H3PO4,用去離子水稀釋至10ml，使磷酸完全溶解，得到磷酸水溶液B ;其中，F(xiàn)e、P原子的物質(zhì)的量之比為1:3。
[0032]步驟一:快速攪拌下在溶液A中滴加35ml (0.52mol)無水乙二胺后，繼續(xù)攪拌30min，得到混合液。然后在攪拌下向混合液中，逐滴滴加磷酸水溶液B后，繼續(xù)攪拌15min，得到懸浮液C。
[0033]步驟二:將懸浮液C轉(zhuǎn)移到100ml不銹鋼反應(yīng)釜中密封好，置于鼓風(fēng)干燥箱中，在180°C水熱反應(yīng)3h。然后冷卻、抽濾，所得黃色粉末用蒸餾水洗滌5次，80°C烘干，得到花瓣?duì)畹腇ePO4前驅(qū)體，如圖4所示。
[0034]步驟三:將所得的黃色前驅(qū)體粉末置于高溫馬弗爐中，在700°C煅燒4h，得到白色花瓣?duì)畹腇ePO4納米材料。
[0035]實(shí)施例3
[0036]本實(shí)施例與實(shí)施例1所不同的是步驟二中，將懸浮液D轉(zhuǎn)移到100ml不銹鋼反應(yīng)釜中密封好，然后置于鼓風(fēng)干燥箱中，控制溫度為170°C水熱反應(yīng)3h，如圖5所示。
[0037]其他步驟參照實(shí)施例1所示。
[0038]實(shí)施例4
[0039]本實(shí)施例與實(shí)施例1所不同的是步驟二中，將懸浮液D轉(zhuǎn)移到100ml不銹鋼反應(yīng)釜中密封好，然后置于鼓風(fēng)干燥箱中，控制溫度為190°C水熱反應(yīng)3h，如圖6所示。
[0040]其他步驟參照實(shí)施例1所示。
[0041]實(shí)施例5 [0042]本實(shí)施例與實(shí)施例1所不同的是步驟三中，將所得的黃色前驅(qū)體粉末置于高溫馬弗爐中，控制溫度為650°C進(jìn)行煅燒6h，得到白色的花瓣?duì)罨蚱瑢訝畹腇ePO4納米材料。
[0043]其他步驟參照實(shí)施例1所示。
[0044]實(shí)施例6
[0045]本實(shí)施例與實(shí)施例1所不同的是步驟三中，將所得的黃色前驅(qū)體粉末置于高溫馬弗爐中，控制溫度為700°C進(jìn)行煅燒6h，得到白色花瓣?duì)畹腇ePO4納米材料。
[0046]其他步驟參照實(shí)施例1所示。
[0047]實(shí)施例7
[0048]本實(shí)施例與實(shí)施例1所不同的是步驟三中，將所得的黃色前驅(qū)體粉末置于高溫馬弗爐中，控制溫度為750°C進(jìn)行煅燒6h，得到白色花瓣?duì)畹腇ePO4納米材料。
[0049]其他步驟參照實(shí)施例1所示。
【權(quán)利要求】
1.一種磷酸鐵納米材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟一:將三價(jià)鐵鹽水溶液、磷酸水溶液和乙二胺混合，形成懸浮液；其中，鐵原子、磷原子、乙二胺三者的物質(zhì)的量比例為1:1~4:15~20。 步驟二:將所述懸浮液置入反應(yīng)釜中，控制溫度為170~190°C進(jìn)行水熱反應(yīng)3h，獲得黃色前驅(qū)體； 步驟三:將所述黃色前驅(qū)體650~750°C進(jìn)行煅燒4~8h，得到白色的花瓣?duì)畹牧姿徼F納米材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述磷酸鐵納米材料的制備方法，其特征在于，所述步驟一是先往所述三價(jià)鐵鹽水溶液中滴加乙二胺混勻形成混合液；再在所述混合液中滴加所述磷酸水溶液，混勻形成所述懸浮液。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述磷酸鐵納米材料的制備方法，其特征在于，所述三價(jià)鐵鹽水溶液中鐵離子濃度為不大于lmol/L。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述磷酸鐵納米材料的制備方法，其特征在于，所述三價(jià)鐵鹽為FeCl3> Fe (NO3) 3及它們的水合物。
【文檔編號(hào)】C01B25/37GK103832991SQ201410073530
【公開日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2014年3月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月3日
【發(fā)明者】尹桂珍, 李智軍, 禹筱元 申請(qǐng)人:湖南雅城新材料發(fā)展有限公司