片状磷酸铁及其制备方法、应用与流程

本发明涉及电池材料，具体涉及一种片状磷酸铁及其制备方法、应用。

背景技术：

1、磷酸铁是磷酸铁锂的重要前驱体，其成本、物理化学指标影响磷酸铁锂的成本和性能。相关技术中，磷酸铁的制备方法多采用单一价态铁源，在反应过程中通过额外添加还原剂或氧化剂来调节铁元素的价态，最终得到的磷酸铁形貌多为不规则颗粒状，且粒径分布不均匀，难以满足制备高性能磷酸铁锂正极材料的要求。

技术实现思路

1、鉴于背景技术中存在的技术问题，本申请提供了一种片状磷酸铁及其制备方法、应用，该片状磷酸铁的制备方法制备出的磷酸铁颗粒形貌规则，呈片状结构，且粒径分布均匀，能够满足制备高性能磷酸铁锂正极材料的要求。

2、为了实现上述目的，第一方面，本申请实施例提供了一种片状磷酸铁的制备方法，包括：

3、获取铁源、磷酸溶液和氧化剂，铁源包括fe3o4；

4、将铁源分批加入至磷酸溶液，得到前驱体；

5、将氧化剂加入至前驱体，得到中间体；

6、将中间体脱水处理，得到片状磷酸铁；其中，

7、铁源中的铁元素与磷酸溶液中的磷酸的摩尔比为1∶（2-5）。

8、在本申请的技术方案中，通过分批次加入铁源，使得后续生成的二水磷酸铁能够以之前生成的二水磷酸铁为核，并在其基础上诱导进行晶体转变和规则生长，从而有利于颗粒的规则和择优生长，制出纯度高、形貌规则、尺寸均一的薄片状磷酸铁；这种片状磷酸铁在后续制备磷酸铁锂时，可以缩短锂离子的迁移距离，以制备高性能的磷酸铁锂正极材料。

9、进一步的，在铁源中，fe3o4的质量分数大于或等于99%；和/或，铁源为超纯铁精粉，物相为fe3o4；和/或，氧化剂包括双氧水和/或氧气；和/或，氧化剂与铁源中的铁元素的摩尔比为1：(3-5)∶和/或，磷酸溶液中的磷酸质量分数为20%-45%；和/或，铁源与磷酸溶液的反应温度为80℃-110℃；和/或，铁源与磷酸溶液的反应时间为60min-120min；和/或，氧化剂与前驱体的反应温度为80℃-110℃；和/或，氧化剂与前驱体的反应时间为60min-120min；和/或，氧化剂的加入时间为20min-40min。

10、在上述实施例中，通过限定反应物的具体种类、反应条件等参数，能够调节反应体系的酸度和磷酸根离子的供给速率，提升中间产物（也即整个反应过程中的颗粒规则生长的任一形态）的形态的稳定性，有利于颗粒的规则和择优生长，从而制得均匀、形貌规整的片状磷酸铁。

11、进一步的，将铁源分为第一批铁源和第二批铁源，并依次加入至磷酸溶液，其中，第二批铁源的质量大于或等于第一批铁源的质量。

12、在上述实施例中，通过设定第二批铁源的质量大于或等于第一批铁源的质量，能够维持后续晶体生长过程中有足够的铁源供给，减少因原料不足导致的晶体生长缺陷或形貌不规则，从而进一步提升片状磷酸铁的尺寸均一性和形貌规整度。

13、进一步的，第一批铁源的质量与第二批铁源的质量比为（0.4-0.6）∶1。

14、在上述实施例中，通过控制第一批铁源与第二批铁源的质量配比在（0.4-0.6）∶1范围内，可以在初期形成适量且分散均匀的晶核，为后续晶体生长提供充足的诱导位点，减少因首批晶核过多导致的晶体生长竞争和团聚现象。

15、进一步的，将氧化剂加入至前驱体，得到中间体，包括：

16、将氧化剂加入至前驱体，分离出固相产物和液相产物，固相产物洗涤后，得到中间体。

17、在上述实施例中，通过洗涤固相产物可以去除表面吸附的游离磷酸根、亚铁离子及其他可溶性杂质，提升中间体的纯度，减少杂质对后续脱水处理及最终片状磷酸铁产品性能的不利影响。

18、进一步的，液相产物和/或固相产物的洗涤水回收处理，用以制备磷酸溶液；和/或，固相产物的洗涤水的电导率小于或等于350μs/cm。

19、在上述实施例中，通过回收液相产物和固相产物的洗涤水，可重新配制为符合工艺要求的磷酸溶液，实现磷酸的回收利用，降低生产成本，减少废水排放。此外，可以通过检测洗涤水的电导率来保证中间体的纯度。

20、进一步的，将中间体脱水处理，得到片状磷酸铁，包括：

21、将中间体煅烧处理，得到片状磷酸铁。

22、在上述实施例中，通过煅烧处理可以使二水磷酸铁在高温下脱去结晶水，从而得到形貌规整的片状无水磷酸铁。

23、进一步的，煅烧处理的煅烧温度为500℃-700℃；和/或，煅烧处理的煅烧时间为1h-3h；和/或，将中间体脱水处理，得到片状磷酸铁，包括：将中间体烘干处理，将烘干后的中间体进行煅烧处理，得到片状磷酸铁。

24、在上述实施例中，通过限定煅烧具体的工艺条件能够使二水磷酸铁充分脱去结晶水并转化为稳定的无水磷酸铁晶体结构。

25、第二方面，本申请实施例还提供一种片状磷酸铁，由上述的片状磷酸铁的制备方法制备得到。

26、在本申请的技术方案中，由上述的片状磷酸铁的制备方法制备得到的片状磷酸铁具有形貌规则、尺寸均一的优点。

27、第三方面，本申请实施例还提供一种上述的片状磷酸铁的应用，片状磷酸铁用于制备电池正极材料。

28、在本申请的技术方案中，由上述片状磷酸铁制备的电池正极材料具有优异的电化学性能。

29、上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

1.一种片状磷酸铁的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的片状磷酸铁的制备方法，其特征在于，在所述铁源中，所述fe3o4的质量分数大于或等于99%；和/或，

3.根据权利要求1所述的片状磷酸铁的制备方法，其特征在于，将所述铁源分为第一批铁源和第二批铁源，并依次加入至所述磷酸溶液，其中，所述第二批铁源的质量大于或等于所述第一批铁源的质量。

4.根据权利要求3所述的片状磷酸铁的制备方法，其特征在于，所述第一批铁源的加入量与所述第二批铁源的质量比为（0.4-0.6）∶1。

5.根据权利要求1所述的片状磷酸铁的制备方法，其特征在于，所述将所述氧化剂加入至所述前驱体，得到中间体，包括：

6.根据权利要求5所述的片状磷酸铁的制备方法，其特征在于，所述液相产物和/或所述固相产物的洗涤水回收处理，用以制备所述磷酸溶液；和/或，

7.根据权利要求1所述的片状磷酸铁的制备方法，其特征在于，所述将所述中间体脱水处理，得到片状磷酸铁，包括：

8.根据权利要求7所述的片状磷酸铁的制备方法，其特征在于，所述煅烧处理的煅烧温度为500℃-700℃；和/或，

9.一种片状磷酸铁，其特征在于，由权利要求1至8任一项所述的片状磷酸铁的制备方法制备得到。

10.一种权利要求9所述的片状磷酸铁的应用，其特征在于，所述片状磷酸铁用于制备电池正极材料。