一种基于超分散剂诱导的铁粉法制备磷酸铁及方法和应用与流程

本发明属于锂离子电池正极材料领域，具体涉及一种基于超分散剂诱导的铁粉法制备磷酸铁及方法和应用。

背景技术：

1、磷酸铁锂（lifepo4）具有高安全、长循环、低成本及原料储量丰富等优势，已成为锂离子动力电池及储能领域最重要且市场占有率最高的正极材料。其前驱体磷酸铁（fepo4）的合成方式、杂质含量、振实密度以及形貌度等直接影响lifepo4的物化指标及电化学性能，因此开发新的制备方式的磷酸铁对于改善磷酸铁锂的性能具有重要意义。

2、目前，常见的磷酸铁合成方法主要包括均相沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法、空气氧化法以及控制结晶法等。这些方法中，水热法、溶胶凝胶法、空气氧化法、控制结晶法由于自身或合成过程产生的一些缺点导致难以工业生产，例如水热法虽然可以制备出球形高振实密度磷酸铁，但存在反应条件苛刻、需要额外添加化学物质、对设备要求高等问题，工业化应用难度较大。而沉淀法制备的磷酸铁，由于反应ph波动较大，容易出现团聚严重的现象；此外，磷酸铁中杂质主要通过钛白副产硫酸亚铁引入，亚铁中大量的钙、镁、锰、钾等杂质离子，会随反应进入到产品晶格中，由此制备的磷酸铁锂电池性能下降。

3、因此，如何开发一种新型的制备方法，以制得形貌规整、振实密度高、分散性高的磷酸铁，进而制得性能更好的磷酸铁锂，是亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种基于超分散剂诱导的铁粉法制备磷酸铁及方法和应用，解决现有技术中的磷酸铁难以兼顾振实密度和分散性的技术问题。

2、为达到上述技术目的，本发明提供的技术方案是：

3、第一方面，本发明提供一种基于超分散剂诱导的铁粉法制备磷酸铁的方法，包括以下步骤：s1，将铁源与含磷酸的酸液混合，进行酸溶反应得到铁磷混合液，其后，经过滤得到反应原料液；s2，在引发剂作用下，由反应单体聚合得到超分散剂原料液，反应单体包括苯乙烯磺酸、丙烯酸二甲氨基乙酯和聚乙二醇单甲醚丙烯酸酯；s3，将反应原料液、超分散剂原料液和氧化剂混合，在搅拌条件下进行加热反应，再经陈化得到二水磷酸铁混合液；s4，二水磷酸铁混合液经过滤、洗涤、烘干和煅烧，得到磷酸铁。

4、第二方面，本发明提供一种上述方法制得的磷酸铁，其具有片层自组装球形颗粒结构。

5、第三方面，本发明提供一种上述磷酸铁在制备磷酸铁锂中的应用。

6、与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

7、本发明通过苯乙烯磺酸、丙烯酸二甲氨基乙酯和聚乙二醇单甲醚丙烯酸酯等反应单体聚合制得超分散剂，其具有良好的锚固基团，基于该超分散剂诱导的铁粉法制备磷酸铁，工艺简单，反应条件温和，易于操作，适合工业化生产；所制得的磷酸铁具有优异的振实密度，具有良好的球形颗粒大小级配特性，可实现颗粒的均匀分布，且该球形颗粒由一次片结构堆叠组装形成，形成了独特的片层结构，提高了磷酸铁的机械强度和稳定性；本发明制备的高振实密度磷酸铁可作为优异的磷酸铁锂前驱体，具有良好电化学应用前景，可满足高性能锂离子电池对正极材料的要求。

1.一种基于超分散剂诱导的铁粉法制备磷酸铁的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于超分散剂诱导的铁粉法制备磷酸铁的方法，其特征在于，步骤s1中，所述铁源包括一次还原铁粉、二次还原铁粉、氧化铁红中的一种或多种；

3.根据权利要求1所述的基于超分散剂诱导的铁粉法制备磷酸铁的方法，其特征在于，步骤s2中，所述反应单体包括质量比为5：（2～3）：（2～3）的苯乙烯磺酸、丙烯酸二甲氨基乙酯和聚乙二醇单甲醚丙烯酸酯；

4.根据权利要求1所述的基于超分散剂诱导的铁粉法制备磷酸铁的方法，其特征在于，步骤s2中，所述聚合的条件包括：在保护气氛下进行聚合反应，反应溶剂包括水，反应温度为50～80℃，反应时间为30～240min。

5.根据权利要求1所述的基于超分散剂诱导的铁粉法制备磷酸铁的方法，其特征在于，步骤s3中，所述将反应原料液、超分散剂原料液和氧化剂混合的步骤具体包括：

6.根据权利要求1所述的基于超分散剂诱导的铁粉法制备磷酸铁的方法，其特征在于，步骤s3中，所述加热反应是在搅拌条件下，40～60℃反应1～2h；

7.根据权利要求1所述的基于超分散剂诱导的铁粉法制备磷酸铁的方法，其特征在于，步骤s4中，所述烘干是采用闪蒸干燥设备在100～200℃下干燥2～4h。

8.根据权利要求1所述的基于超分散剂诱导的铁粉法制备磷酸铁的方法，其特征在于，步骤s4中，所述煅烧是以2～3℃/min的升温速率升温至500～600℃，保温3～4h。

9.如权利要求1-8任一项所述方法制得的磷酸铁，其特征在于，其具有片层自组装球形颗粒结构。

10.如权利要求9所述的磷酸铁在制备磷酸铁锂中的应用。