磷酸铁锂前驱体磷酸铁的研究进展

作者:未知

  摘 要:磷酸铁锂安全性较高,同时具备原料来源多和环境友好特点,是锂离子电池主要材料。在对磷酸铁锂进行分析发现,前驱体磷酸铁与其结构比较类似,与磷酸铁锂结合具有较为理想优势,其中磷酸铁能够生成铁源与磷源,仅将锂源添加其中即可实现磷酸铁锂制备,具有工艺简单可控特点。本文主要对磷酸铁锂前驱体磷酸铁进行研究。
  关键词:磷酸铁锂;前驱体磷酸铁;研究
  在对磷酸铁锂制备方法进行研究发现,其主要是由固相合成与液相合成方法形成,对于固相合成方法来讲,可以将其划分为微波法和高温固相方法等;而液相合成方法有沉淀法和水热法等。固相法作为当前磷酸铁锂重要工艺,选择传统高温固相方法,其工艺比较简单,但其生产周期长与能耗高等,使产品质量受到影响,可见磷酸铁锂的合成,应选择适合方式进行。
  1 磷酸铁的结构及特点
  对磷酸铁研究发现,其主要呈浅黄色与白色粉末特征,可以实现水合物的形成,呈不同晶体类型。有关文献研究显示,磷酸铁晶型包括:正交晶系FePO4与异磷铁锰矿FePO4等,对于其中异磷铁锰矿FePO4分析发现,因其是亚稳态型结构,应利用磷酸铁锂实现脱锂操作,严禁直接选择铁盐、磷酸盐合成。
  2 磷酸铁的制备方法
  在进行磷酸铁分析发现,其主要作用为磷酸铁锂的正极材料,通常应用在催化剂方面,研究数据显示,磷酸铁不同合成形成,根据原料类型具体包括:三氯化铁和磷酸反应等。受高温原因影响,氯化氢与硝酸分解,在氨水中和后获取磷酸铁。在硫酸亚铁予以磷酸酸化以后,和氯酸钠、过氧化氢相反应,能够实现磷酸二氢铁的形成,当和氢氧化钠进行调节后pH值为2,促进磷酸铁的生产[1]。另外,将磷酸盐和硫酸铁进行结合,使pH值低于2形成磷酸铁。根据合成方法进行划分时,可以将其具体分为:沉淀法、水热法以及溶胶凝胶法等。
  2.1 沉淀法
  在进行磷酸铁的制备时,沉淀法通常可以划分为两种,即均相沉淀方法和快速沉淀方法,就均相沉淀方法而言,其主要是利用化学反应释放构晶离子,利用沉淀剂浓度对颗粒生长予以把控,以此获取纯度较高产品,同时保证其粒度均匀性。快速沉淀方法是指:搅拌过程将沉淀剂填入其中,短时间内实现沉淀,此种方法可能造成局部不均匀性,利用温度控制方式,对其形貌予以改善。在相关研究中,将磷酸和六水氯化铽作为基础原料,将活性剂添加其中,不仅需要保证力度分布的均匀性,而且还能确保磷酸铁具有较为理想分散性特点。有关研究学者发现,选择三氯化铁与硝酸铁、磷酸,对其进行混合反应,受高温影响氯化氢会随之分散挥发,选择氨水中和酸即可获取磷酸铁;受酸性条件影响,借助氧化剂进行亚铁盐的反应,使其成为铁盐溶液,以磷酸盐和铁盐相互作用的方式,实现碱型磷酸铁的生成,同时包含氢氧化铁,在磷酸溶液的处理后,氢氧化铁会随之转换成正磷酸铁[2]。对于此种方法的应用,可以保证磷酸铁具有较高纯度,具备操作简单和成本低等优势。实际研究中,选择油与活动性,将其混合为乳浊液,将磷酸盐、三价铁盐应用其中,能够对pH值予以控制,促进正磷酸铁的生成,整个操作过程,磷酸铁处于空心结构,具备放电容量倍率高等特点。采取沉淀法进行磷酸铁的制备时,通常具备设备需求低和成本少等特点,以控制反应方式制备,可以应用于大范围工业生产中。
  2.2 水热法
  水热法作为超细粉体制备方法,其主要是指:密封压力容器内,将水作为溶剂,以高温高压为主产生化学反应,对水热法优势进行分析发现,其主要表现为加快离子间反应,在水解反应持续加剧下,氧化还原会相对比较明显。当选择水热法时,以120℃为基础持续7天处理,从而获取晶体状磷酸铁,可见反应釜内增加亚铁盐,通过加酸控制pH值,并将双氧水加入其中,能够促进磷酸铁的生成,再选择磷酸溶液进行出产品的转换后生成磷酸铁。对于磷酸铁生成,应保证其充分反应,使其具有较高反应率,获取产品后总体含量为28%-29%,因粒径细小,应维持D50低于2μm和P超过16%标准。然而,水热法仍然存在一些缺陷,如设备使用要求高和技术难度大等,使其在工业化中呈现较高应用难度。
  2.3 溶胶凝胶方法
  对溶胶凝胶方法来讲,将高活性化合物作为前驱体,以液相为前提进行原料混合,可以通过水解反应和化学反应,使溶液内形成溶胶体系。当溶胶缓慢聚合后生成网络结构凝胶,将溶剂填充至凝胶网络结构,可以使其形成凝胶,在进行干燥等相关处理后,制备出纳米亚、分子结构材料。因此,溶胶凝胶方法的运用,其优势表现在化学反应后低温度环境制备方面,具有材料纯度高于均匀性等特点,但整个制备过程需要花费较多时间[3]。
  3 结束语
  在对磷酸铁和磷酸铁锂进行分析发现,两者结构存在一定类似性,属于磷酸铁锂制备前驱体,对于锂离子电池的正极材料进行制备时,此种材料占据主要位置。本文在对磷酸铁结构和制备方法进行研究后得出,沉淀法与水热法属于当前主要方法,在微乳液法和空气氧化方法等新型方法出现后,前驱体磷酸铁具有高效性,可以提升产品性能,实现生产成本的控制。
  参考文献:
  [1]李超,刘述平,冯雪茹.磷酸铁锂前驱体磷酸铁的研究进展[J].广州化工,2017,45(24):17-19.
  [2]刘慧,胡耐根.锂电池正极材料磷酸鐵锂的前驱体磷酸铁的制备[J].新余学院学报,2017,22(4):149-152.
  [3]柯翔,肖仁贵,廖霞,等.磷酸铁前驱体纳米孔洞结构对磷酸铁锂电性能的影响[J].现代化工,2017,37(11):125-129.
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