磷酸铁锂前驱体磷酸铁制备方法研究进展

01 前言

随着新能源汽车和储能产业的飞速发展，锂离子电池因其高能量密度、长循环寿命和环境友好等优点而占据市场主导地位。磷酸铁锂正极材料凭借其高安全性、长循环寿命、低成本及环境友好等优势，在锂离子电池领域，尤其是在电动汽车和大型储能系统中得到了广泛应用[1]。

目前，工业上普遍采用“两步法”合成磷酸铁锂，即先制备前驱体磷酸铁，再通过碳热还原等工艺与锂源复合[2]。其中，前驱体磷酸铁的化学成分、晶体结构、微观形貌、粒径分布及振实密度等参数，直接决定了最终磷酸铁锂正极材料的电化学性能、质量与成本。因此，开发高品质、低成本的磷酸铁制备工艺，已成为行业与研究界关注的核心热点。

02 磷酸铁的结构特性

磷酸铁常以二水合物形式存在，其化学式为FePO4·2H2O，通常为白色或浅黄色粉末[3]。其在高温下会脱去结晶水转变为无水FePO4。磷酸铁难溶于除硫酸以外的大部分酸性溶液，几乎不溶于水、醇类，具有无毒、制备成本低、结构稳定等特点。形成磷酸铁的条件不同，其结构也大不相同。

磷酸铁具有丰富的骨架结构和多种晶体类型，主要包括无定形、异磷铁锰矿型（正交晶系）、α-石英型（三方晶系）、单斜晶系、斜方晶系和三斜晶系等。

值得注意的是，磷酸铁与终产物磷酸铁锂在晶体结构和晶胞参数上高度相似，体积仅相差约6.81%。这种结构上的相似性使得磷酸铁成为制备磷酸铁锂的理想前驱体[4]。其中，异磷铁锰矿结构的FePO4是LiFePO4脱锂后的产物，具有较高的电化学活性。而通过高温煅烧FePO4·2H2O得到的α-石英型FePO4结构最为稳定，但电化学活性相对较低。不同晶型结构的电化学性能差异显著，因此通过合成工艺控制其晶体结构至关重要。

03 磷酸铁的主要制造方法

磷酸铁不仅可以作为磷酸铁锂的前驱体，还可以直接作为正极材料，但循环性能较差。此外，磷酸铁还被广泛用作吸附剂、催化剂、防锈颜料和添加剂。在电化学领域，要求磷酸铁不含杂质，其合成方法简单、方便、可行、成本低、速度快、环境友好、易于实现工业化。

目前磷酸铁的制造方法有很多，不同制备方法形成的产品其性能和成本都不相同，主要的制造方法有液相沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法、模板法、微波法、控制结晶法、空气氧化法等。

3.1液相沉淀法[5]

液相沉淀法是基于磷酸铁的溶度积，通过调节溶液的pH、反应温度、反应物的浓度等方法使FePO4·2H2O沉淀析出，再经高温煅烧后制得FePO4材料。其工艺流程短，能耗小，能生产出粒径分布均匀的颗粒，是目前行业制备磷酸铁的主流方法。

液相沉淀法的制备过程：首先将原料溶解，然后加入NaOH调节pH后形成初步沉淀，得到无定形的FePO4·2H2O，此后再经陈化处理制得结晶态的FePO4·2H2O，经洗涤后再高温焙烧得到α-石英型FePO4。

液相沉淀法的制备工艺有流程简单、能耗较小、制备的磷酸铁材料的颗粒粒度小且分布均匀等优点。缺点在于该方法对原料的沉淀条件要求相似，限制了原料的选择范围，另一方面是若有其他杂质元素存在，易与磷酸铁共同沉淀，难以分离。此方法较适合磷酸铁材料的规模化生产，流程简化，易于控制。

3.2 水热法[5-6]

水热法通常是指在密闭容器中，以水溶液为反应体系，在加热加压条件下，创造一个相对高温高压的环境，使常温下不溶或难溶的物质溶解并进行重结晶而析出的一种进行无机合成或材料处理的方法。

水热法合成的磷酸铁材料具有粒径小、颗粒分布均匀、结晶度高等优点。水热法工艺流程简单，但该法仅适用于少量样品的制备，扩大生产则需要大型的耐高温高压反应器，设计制造难度较大，造价也很高。使用高压反应釜需一次性添加原料，过程中难以观察与控制，不利于工业化推广应用。

3.3 溶胶-凝胶法[6]

溶胶-凝胶法一般是指以锂和铁的乙酸盐或硝酸盐为原料，首先将Fe(NO3)3、LiOH和络合剂相互混合充分，使用H3PO4作为该反应的磷源，选用氨水作为反应体系的pH调节剂，然后在温度为60℃的水浴锅内加热搅拌至凝胶形成，最后将反应得到的产物转移到气氛炉中，分别在350℃和800℃下的高温下进行煅烧。煅烧完成后，待炉体冷却完毕，取出煅烧后的产物进行研磨，最终得到粉末状的磷酸铁产物。

该方法具有化学分布均匀、加工性能良好的优点，但同时对设备、反应条件、时间成本各方面要求也都更高，若以工业化为目的会存在许多技术难题。并且研究表明，伴随着原料和络合剂的不同，所形成的凝胶也不尽相同，所制得的产物形貌也会受较大影响，未必能得到理想形貌的产物。

3.4模板法[7]

模板法是制备纳米材料最常用的方法之一，在模板剂的空间导向和结构限域下，对材料的形貌、尺寸、结构、排列把控等方面都更有优势。一般模板法是在水热法、沉淀法、凝胶法的基础上在反应体系中加入硬模板或软模板，从而制备出所需尺寸的纳米材料。因此在设备、工艺、能耗等方面要求依旧较高，优势是尺寸形貌可控，但也增加了操作步骤与工艺流程。

3.5 微波法[7]

微波法是近代才发展起来的新型合成方法，以微波提供反应所需的热源。具有选择性好、加热速度快等优点，因其独特的热效应还可降低反应所需温度，但工业化的实现会存在许多技术难题。

3.6 控制结晶法[8]

控制结晶法是通过调节反应过程中反应物浓度、搅拌速率、温度、pH值等对产品的形貌、大小、粒度分布等参数进行控制，以获得理想结晶产物的一种方法。

3.7 空气氧化法[9]

空气氧化法是利用气态氧（通常为空气）作为氧化剂进行氧化反应的方法。空气氧化法制备出磷酸铁的优点是反应条件温和，不需要高温高压或强氧化剂，反应过程简单，无需特殊的设备或操作。但反应速率较慢，需要较长的反应时间。

综合来说，液相沉淀法流程短、能耗低，但该方法限制了原料的选择范围；水热法产品具有粒径小、颗粒分布均匀等优点，但在高压釜中反应难以观察和控制；溶胶⁃凝胶法反应温度低，产品均匀性较好，但凝胶中存在大量微孔，干燥时引起收缩；而模板法、微波法等在工业化的实现存在许多技术难题。

目前液相沉淀法优于其他制备方法，不仅工艺流程简单，并且能耗相对较低，在后续的研究过程中首先要扩大原料的选择范围，其次通过控制试验条件实现对形貌和粒径的控制，进而提高共沉淀法的优势，促进磷酸铁产业发展。

04 总结与展望

磷酸铁作为一种重要的化工产物，在化工能源、环境保护等领域均有着广泛应用。随着科技的不断发展和工业生产的需要，对磷酸铁的性能、纯度、工艺的要求只会越来越高。尽管现如今在磷酸铁的应用及合成领域取得了许多显著成就，但仍面临诸多挑战，例如如何控制制造成本及原料利用率、如何提高材料的电导率、如何优化电极材料结构等，都是未来亟待解决的问题。

在未来，伴随着新能源、新材料的不断发展与更新迭代以及绿色环保的要求不断提高，开发环境更友好的合成工艺也将是研究的重点之一，磷酸铁的合成工艺将朝着更高效、更环保、更经济发展，磷酸铁的应用场景也必将更加广泛。因此，加强对磷酸铁合成工艺的研究与开发，不仅对化工行业的发展与进步有重要意义，同时对新能源、新材料行业的发展也具有积极作用。

参考来源：
[1]马航,查坐统,王君婷,张振环.锂离子电池前驱体磷酸铁合成方法研究现状及展望[J].磷肥与复肥,2023,38(03):19-22+52.
[2]宋晨豪,王蒙蒙,吕耀康,高洁.磷酸铁材料的制备方法研究进展[J].盐湖研究,2025,33(02):108-114.
[3]刘彩,程先明,冯文平,胡赞,娄金东.电池级磷酸铁的合成工艺优化及其性能研究[J].盐科学与化工,2024,53(02):17-22.
[4]陈胜文,李洪,刘利,谢茂文,蔡平雄.磷酸铁的制备工艺及应用展望[J].化纤与纺织技术,2021,50(11):37-39.
[5]姜国庆.磷酸铁生产方法及产业瓶颈分析[J].云南化工,2025,52(07):1-4.
[6]肖茂果,李江,侯俊,张知重.锂离子电池前驱体磷酸铁研究进展[J].化工新型材料,2024,52(S2):166-169.
[7]石肖,张震,彭鼎,吴勇基,罗恒,朱浩.磷酸铁合成与应用的研究进展[J].天津化工,2025,39(S1):164-167.
[8]任相宇,刘少葵,刘勇奇,巩勤学.磷酸铁前驱体制备方法研究进展[J].矿冶工程,2022,42(03):92-95.
[9]陈帅,欧玉静,张鑫,王兰英,宫源.电池级磷酸铁前驱体制备方法研究进展[J].当代化工研究,2024,(21):14-16.