[發明專利]一種利用鐵屑連續制備低成本電池級正磷酸鐵的方法

有效

• 申請號: 201610466006.7
• 申請日: 2016-06-23
• 公開（公告）號: CN105967161B
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發明（設計）人: 郭孝東;吳振國;向偉;鐘本和
• 申請（專利權）人: 成都翔羽科技有限公司
• 主分類號: C01B25/37
• 分類號: C01B25/37
• 代理公司: 成都科海專利事務有限責任公司51202
• 代理人: 劉雙蘭

技術領域

本發明屬于納米新能源材料領域，特別涉及一種利用鐵屑連續制備低成本電池級正磷酸鐵的新方法。

背景技術

鋰離子電池用于電動汽車技術已較為成熟，得到業界認可。近年來磷酸亞鐵鋰作為電動汽車用鋰電池的正極材料已成定局，特別是2015年底工信部“重審”車用三原電池安全性的征求意見一出，磷酸亞鐵鋰更奠定了其車用電池霸主地位。大量電池企業轉向磷酸亞鐵鋰電池生產和研發，使得磷酸亞鐵鋰正極材料的需求量暴漲，一度出現供不應求的局面；隨之而來的是電池級正磷酸鐵的瘋狂搶購。電池級正磷酸鐵是生產磷酸亞鐵鋰材料的主要原料，不論從成本和性能上都對磷酸亞鐵鋰起到了決定性的作用。隨著該行業逐漸成熟和市場飽和這個領域競爭將日趨激烈，其優異的性能、低廉的價格將使產品永遠立于不敗之地。

目前電池級正磷酸鐵主要采用共沉淀法，即將原料分別配制成溶液后在反應釜中一定條件下反應得到沉淀，經過濾、洗滌、干燥、焙燒得到產品。主要原料包括鐵源和磷源，其中鐵源一般是硫酸亞鐵，磷源有磷酸、磷銨等其他含磷物質。這些原料至少都是工業級，成本較高。另一方面，以硫酸鹽作為原料大量硫酸根殘留對產品影響甚大，因此需要反復洗滌多次以確保洗凈硫酸根，往往產一噸磷酸鐵需要15噸以上的洗滌水。若用去離子水消耗量大不僅增加成本，其大量的污水產生必給環境保護帶了巨大壓力。再一方面，硫酸亞鐵溶液在配制過程中容易氧化，導致產品批次穩定性極差；且溶液混合迅速反應即制備的材料顆粒極小，進一步加重了洗滌和過濾負擔，而且在實際生產過程中對過濾機的選擇非常苛刻且過濾效率極低，進而提高了設備投入和運行成本。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種利用鐵屑連續制備低成本電池級正磷酸鐵的新方法。該方法以廉價的廢舊鐵屑作為原料，采用模板劑誘導法及安裝在反應釜中的氣壓式噴嘴連續制備電池級正磷酸鐵，其成本低廉、批次穩定性高、操作方便，利于工業化生產，制得的產品鐵磷比穩定、性能優異。

為實現上述目的，本發明采用以下的技術方案來實現的。

本發明所述一種利用鐵屑連續制備低成本電池級正磷酸鐵的方法，包括如下工藝步驟：

(1)溶液配制

將去離子水打入高位槽內，再將磷酸緩慢加入去離子水中不斷攪拌分散，配制成濃度為20～85％的磷酸溶液待用；

以配制磷酸溶液同樣方式，將去離子水打入高位槽內，再將濃度28～30％的雙氧水緩慢加入去離子水中不斷攪拌分散，配制成濃度為6％的雙氧水溶液待用；

(2)溶解-反應

稱量鐵屑加入反應釜中，再加入鐵屑2倍質量的去離子水保持劇烈攪拌，同時開始升溫；當溫度升到設定溫度45～95℃時，從反應釜進料口開始緩慢加入步驟(1)配制好的磷酸溶液；磷酸溶液添加結束后持續攪拌1個小時，反應釜中鐵屑全部溶解；

(3)產物形成

在步驟(2)全部溶解后的鐵屑中添加模板劑和表面活性劑，同時緩慢滴加步驟(1)配制好的雙氧水溶液，雙氧水溶液滴加完畢后持續攪拌3～8小時反應結束；抽出產物進行過濾、洗滌、干燥；

(4)煅燒

將步驟(3)所得產物在溫度為450-650℃之間煅燒2-5小時，即得到電池級正磷酸鐵材料成品。

上述方案中，步驟(2)中所述鐵屑是含鐵的廢舊物，或鐵銹、或鐵粉，或鐵邊角廢料。

上述方案中，步驟(2)中所述緩慢加入配制好的磷酸溶液，其加入量為鐵屑質量的3～10倍，加入時間為2小時。

上述方案中，步驟(2)中所述從反應釜進料口開始緩慢加入配制好的磷酸溶液是將磷酸溶液用壓力泵打入進料口安裝的氣壓式噴嘴進行加料；氣壓式噴嘴為內襯聚四氟的氣壓式噴頭。

上述方案中，步驟(3)中所述添加的模板劑為納米纖維、PVDF、納米樹脂、納米正磷酸鐵、納米碳酸鈣、碳納米管或石墨烯中的任一種或兩種以上。

上述方案中，步驟(3)中所述添加的表面活性劑為四甲基溴化銨、異丙醇或丙三醇中的任一種。

上述方案中，步驟(3)中所述緩慢加入配制好的雙氧水溶液，其加入量為鐵屑質量的3％，加入時間為半小時。

上述方案中，步驟(3)中所述將抽出產物進行洗滌，是將過濾后的濾液用與其3倍質量的去離子水打漿洗滌，直到濾液pH值呈中性即可。

上述方案中，步驟(4)中所述將所得產物鍛燒的溫度為600℃。

上述方案中，步驟(4)中所述將所得產物鍛燒的時間為3小時。