[發(fā)明專(zhuān)利]一種新能源用電池級(jí)磷酸鐵的制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710147463.4
• 申請(qǐng)日: 2017-03-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106829906A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 向紅先
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 成都育芽科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C01B25/37
• 分類(lèi)號(hào): C01B25/37
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電池材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種新能源用電池級(jí)磷酸鐵的制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池是新一代的綠色高能電池，具有電壓高、能量密度大、循環(huán)性能好、自放電小、無(wú)記憶效應(yīng)、工作溫度范圍寬等眾多優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于移動(dòng)電話(huà)、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)、攝錄機(jī)、電子儀表等，在UPS、電動(dòng)工具、電動(dòng)自行車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)、儲(chǔ)能電池等領(lǐng)域也具有光明的應(yīng)用前景。近年來(lái)，鋰離子電池的產(chǎn)量飛速增長(zhǎng)，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，已成為在二十一世紀(jì)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活具有重要意義的高新技術(shù)產(chǎn)品。

正交橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰正極材料已成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。該材料集中了鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰及其衍生物正極材料的各自?xún)?yōu)點(diǎn)：不含貴重元素，原料廉價(jià)，資源極大豐富；結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，安全性能極佳，LiFePO4中的O與P以強(qiáng)共價(jià)鍵牢固結(jié)合，使材料很難析氧分解；高溫性能和熱穩(wěn)定性明顯優(yōu)于已知的其它正極材料；循環(huán)性能好；充電時(shí)體積縮小，與碳負(fù)極材料配合時(shí)的體積效應(yīng)好；與大多數(shù)電解液系統(tǒng)相容性好，儲(chǔ)存性能好；無(wú)毒，為真正的綠色材料。與鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰及其衍生物正極材料相比，磷酸鐵鋰正極材料在成本、高溫性能、安全性方面具有突出的優(yōu)勢(shì)，可望成為動(dòng)力型和儲(chǔ)能型鋰離子電池理想的正極材料。磷酸鐵鋰正極材料的產(chǎn)業(yè)化和普及應(yīng)用對(duì)降低鋰離子電池成本，提高電池安全性，擴(kuò)大鋰離子電池產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)鋰離子電池大型化、高功率化具有十分重大的意義；將使鋰離子電池在中大容量UPS、中大型儲(chǔ)能電池、電動(dòng)工具、電動(dòng)汽車(chē)中的應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)。

而磷酸鐵鋰的制備廣泛采用磷酸鐵與鋰鹽經(jīng)過(guò)混合后再還原氣氛下煅燒制備，而作為磷酸鐵鋰重要原料的磷酸鐵，一般采用亞鐵鹽加入磷酸鹽、氧化劑等經(jīng)過(guò)液相沉淀制備，此工藝存在有以下的缺點(diǎn)：

1.流程長(zhǎng)，成本高，其包括亞鐵鹽的制備和凈化、液相沉淀、氧化和沉淀轉(zhuǎn)化、后處理等工序，流程長(zhǎng)，磷酸鐵的回收率低，同時(shí)需要使用大量的亞鐵鹽、磷酸鹽、氧化劑等，成本高。

2.污水產(chǎn)生量大，污水處理難，對(duì)環(huán)境存在一定的影響，在制備磷酸鐵過(guò)程中產(chǎn)生大量的含磷和含氨氮的廢水，需要進(jìn)行污水處理，同時(shí)在處理污水中產(chǎn)生大量的廢渣也需要進(jìn)行處理。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種新能源用電池級(jí)磷酸鐵的制備方法，方法簡(jiǎn)單，工藝流程短，成本低，不產(chǎn)生廢水和廢渣，得到的產(chǎn)品純度高，粒度分布均勻，可得到納米級(jí)磷酸鐵。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

一種新能源用電池級(jí)磷酸鐵的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)溶解絡(luò)合，將含三價(jià)鐵的物質(zhì)與磷酸在20-120℃攪拌反應(yīng)10-300分鐘，然后經(jīng)過(guò)過(guò)濾到磷酸鐵絡(luò)合溶液和未反應(yīng)的濾渣，三氧化二鐵與磷酸的摩爾比為1:2-10，磷酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10-75％；

(2)解絡(luò)沉淀，將磷酸鐵絡(luò)合溶液放入高壓釜內(nèi)，在100-180℃下攪拌反應(yīng)30-90分鐘，反應(yīng)時(shí)高壓釜內(nèi)的壓力為0.1-0.5Mpa，得到磷酸鐵沉淀和磷酸溶液，得到的磷酸溶液返回步驟(1)繼續(xù)使用。

(3)將步驟(2)得到的磷酸鐵沉淀經(jīng)過(guò)過(guò)濾后加去離子水洗滌至洗水的pH為7-10，然后經(jīng)過(guò)烘干、破碎、篩分和混料，得到電池級(jí)磷酸鐵。

進(jìn)一步的，所述的步驟1中含三價(jià)鐵的物質(zhì)為三氧化二鐵、氫氧化鐵、羥基氧化鐵中的至少一種，含三價(jià)鐵的物質(zhì)粒度為10-5000nm，攪拌轉(zhuǎn)速為50-500r/min。

進(jìn)一步的，所述的步驟2攪拌轉(zhuǎn)速為50-500r/min。

以三氧化二鐵為例，其基本的原理如下：

1.溶解絡(luò)合反應(yīng)

Fe₂O₃和H₃PO₄在一定的溫度、壓力下反應(yīng)生成磷酸鐵絡(luò)合溶液，其反應(yīng)方程式為：

Fe₂O₃+H₃PO₄→FePO₄.(H₃PO₄)_x

2.解絡(luò)沉淀反應(yīng)

將磷酸鐵絡(luò)合溶液過(guò)濾后放入高壓反應(yīng)釜中，在一定溫度和壓力下反應(yīng)解絡(luò)生成粉紅色磷酸鐵沉淀，其反應(yīng)方程式為

FePO₄.(H₃PO₄)_x→FePO₄↓+.xH₃PO₄