磷酸铁的湿法磷酸制备及其对合成的磷酸铁锂性能的影响_丁一刚

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1、第36卷第1期武汉工程大学学报Vol.36No.1第1期2014年1月J.WuhanInst.Tech.Jan.2014文章编号：1674－2869（2014）01－0001－04磷酸铁的湿法磷酸制备及其对合成的磷酸铁锂性能的影响1，2，31，2，31，2，341，2，31，2，31，2，31，2，31，2，3丁一刚，李鹏涛，刘东，梁蕾，龙秉文，邓伏礼，戢峻，刘生鹏，杨昌炎［1.武汉工程大学化工与制药学院，湖北武汉430074；2.绿色化工过程教育部重点实验室（武汉工程大学），湖北武汉430074；3.湖北省新型反应器与绿

2、色化学工艺重点实验室，湖北武汉430074；4.湖北祥云（集团）化工股份有限公司，湖北武穴435405］摘要：以湿法磷酸和硫酸亚铁分别为磷源和铁源，通过合成、沉淀过程制备磷酸铁，研究了不同摩尔投料比对合成磷酸铁质量的影响，并以制备的磷酸铁为磷源和铁源采用溶胶凝胶法制备了磷酸铁锂材料.采用了X射线衍射、扫描电子显微镜等手段对合成的磷酸铁锂材料结构和微观形貌进行表征，同时考察了其电化学性能.结果表明：在湿法磷酸和硫酸亚铁摩尔比为1∶1时合成出的磷酸铁中磷质量分数为16.38%，铁质量分数为29.30%，得到的产物最为接近二水磷

3、酸铁；用该磷酸铁制备的磷酸铁锂正极材料在0.1C倍率下充放电，其首次放电比容量达144.4mAh/g，40次充放电循环后放电容量能达到141.6mAh/g，衰减率为1.94%，循环倍率性能优良.关键词：湿法磷酸；磷酸铁；磷酸铁锂；电化学性能中图分类号：TQ126.3+5文献标识码：Adoi：10.3969/j.issn.1674-2869.2014.01.0012H3PO4+2FeSO4+H2O2⇒2FePO4↓+2H2SO4+0引言2H2O自从1997年橄榄石结构的磷酸铁锂（LiFe⁃1.2正极材料LiFePO4/C的制

4、备［1］PO4）被报道其高达170mAh/g理论容量以来，由将上述制备的磷酸铁与氢氧化锂和草酸按一于其安全性能好，循环稳定性高，环境友好，成本定的摩尔比溶解于去离子水中，加入一定量的葡低等优点，而成为当前锂离子电池正极材料的研萄糖，水浴加热搅拌下反应.将凝胶于真空下干［2］究热点之一.燥，球磨后装入温控管式炉在高纯N2保护下，经［3-5］磷酸铁作为合成磷酸铁锂的重要原料，通350℃预烧后球磨，在高纯N2气氛的温控管式炉常的制备方法是采用三价、二价铁盐和磷酸、磷酸中550℃焙烧，冷却到室温后得到LiFePO4/C正极［7］盐

5、来制备，为进一步拓展湿法磷酸的应用领域，降复合材料.低磷酸铁锂的生产成本，本研究探讨了从湿法磷1.3材料的表征酸中合成磷酸铁，并研究了由其合成的磷酸铁锂采用日本RigukuRotaflexD/MAX-RC型多晶的形态和电化学性能，以期为优化磷酸铁锂的合转靶X-射线衍射（CuKA辐射，K=0.15406nm，石成工艺提供理论指导.墨单色器）对合成产物进行晶相分析，扫描范围3+15～45°，扫描速度8°/min.FePO4中Fe的浓度采1实验部分用化学分析法（KI-淀粉-Na2S2O3容量法）测定，2+1.1磷酸铁的制备Fe浓

6、度检测采用在酸性条件下KMnO4滴定法滴将湿法磷酸与硫酸亚铁同时加入到恒温水浴定，磷浓度采用GB10512-1989重量法测定.采用的三口烧瓶中，控制搅拌速率，保持一定的反应温美国热电尼高公司Nicolet4700红外光谱仪进行［6］度和反应时间，加入过量的双氧水，用氨水调节样品的IR检测，通过SEM（LEO1530FieldEmis⁃pH至出现大量白色沉淀，并搅拌、沉降冷却至室sionSEM，OxfordInstrument）观察合成产物的形貌温，过滤，洗涤后干燥，得到浅黄色磷酸铁粉末和微观结构.（FePO4·2H2O）

7、.1.4充放电性能测试反应方程式如下：将LiFePO4/C复合材料、导电乙炔黑、PTFE按收稿日期：2013-12-08基金项目：煤转化与新型炭材料湖北省重点实验室项目（2009WKDM05）作者简介：丁一刚（1963-），男，湖北黄冈人，教授，博士，博士研究生导师.研究方向：化学工程与技术.2武汉工程大学学报第36卷8∶1∶1的质量比搅拌均匀后，在对辊机上压成表1为湿法磷酸与硫酸亚铁在不同摩尔比下0.15mm的正极片，120℃真空干燥12h，隔膜材料合成磷酸铁中铁、磷元素质量分数变化情况.随着选用Celgard2400P

8、E，电解液为1mol/LLiPF（6EC+磷源与铁源投料比的增加，产物中铁质量分数有DMC，体积比为1∶1），在氩气的手套箱中装配成减小的趋势，而产品中磷含量变化正好相反.用不CR2032型扣式电池.用武汉蓝电生产的CT2001A同投料比下制得的磷酸铁合成磷酸铁锂正极材料型高精度电池性能测试系统对组装好