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本文主要探讨超细球形磷酸铝、超细磷酸铁的制备方法,同时以自制磷酸铁为原料制备了磷酸铁锂。运用正交试验设计对反应条件进行了优化,确定了最佳工艺条件。利用傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、X-射线衍射(XRD)、差热-热重(TGA-DTA)、扫描电镜(SEM)、比表面测定、粒度分布测定等手段对所制备产物进行了表征。主要研究内容和研究成果如下:
1.以硝酸铝和磷酸氢二铵为原料,尿素为均相沉淀剂,壬基酚聚氧乙烯(10)醚(OP-10)为分散剂,采用均相沉淀法制备了超细球形磷酸铝粉体。首先考察了OP-10对磷酸铝颗粒大小的影响,结果表明OP-10对磷酸铝颗粒大小有十分显著的调控作用。然后在OP-10浓度为5g·L-1的条件下,用正交试验进一步考察了反应物初始浓度、尿素与硝酸铝的物质的量之比、反应温度和反应时间等四个因素对磷酸铝粒度的影响。结果表明,在OP-10存在下,反应物Al(NO3)3初始浓度对磷酸铝颗粒大小也有较大的影响,随着Al(NO3)3初始浓度的增加,磷酸铝的粒径增大。在所考察的条件范围内,其他三个因素对磷酸铝颗粒大小影响不大。通过正交试验得到的最佳工艺条件为:硝酸铝和磷酸氢二铵的初始浓度为0.1 mol·L-1,反应物尿素和硝酸铝的摩尔比为3:1,反应过程中添加添加剂(OP-10)的用量为5g·L-1,反应时间为2 h。所制备的磷酸铝颗粒形貌为球形,大小在120 nm左右且粒径分布较窄,含2个结晶水。
2.以钛白粉副产物硫酸亚铁为原料,通过净化除杂,pH在2~3,OP-10浓度为0.4%(w%)时,加入磷酸和双氧水进行反应,用氨水调节然后用得到磷酸铁。通过正交试验得到的最佳工艺条件为:FeSO4的初始浓度为0.2 mol·L-1、n(FeSO4):n(H3PO4)=1:1.4、反应温度25℃、反应时间为1 h。所制备的磷酸铁粒度在0.2~1μm,含3个结晶水。
3.以自制的FePO4为铁源,葡萄糖为还原剂和碳源,通过一步固相反应在不同温度下合成了LiFePO4,初步研究了焙烧温度对产物组成的影响。结果表明在500-700℃之间,随着温度升高,样品各个晶面的衍射峰强度增大,各晶面对应的晶粒也随着增大,表明焙烧温度越高,样品结晶度更好,结构更加稳定。