[發明專利]高純度磷酸鹽的制備方法

有效

• 申請號: 201710318783.1
• 申請日: 2017-05-08
• 公開（公告）號: CN107403931B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 黃桂清;莫有德;莫博山
• 申請（專利權）人: 黃桂清;莫有德;莫博山
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M10/0525;C01B25/37;C01B25/26
• 代理公司: 成都虹橋專利事務所(普通合伙) 51124
• 代理人: 羅貴飛;梁鑫

本發明提供了一種具有成本效益的合成金屬磷酸鹽的方法，該方法可用于制備鋰二次電池的電極活性材料。首先進行沉淀反應以產生具有較低價態的金屬，例如Fe⁺²和Mn⁺²的水不溶化合物，然后通過固液分離去除雜質，最后再加入氧化劑并加熱氧化該水不溶化合物得到目標產物磷酸鹽。本發明具有操作簡便、純度高、耗水量少等諸多技術優點。

技術領域

本發明涉及一種通用制備金屬高純度磷酸鹽的方法。更具體地說,雖然本發明將用Fe和Mn的磷酸鹽作為鋰二次電池的電極活性材料加以說明、解釋和舉例，但本發明顯然也可以適用于其他領域高純度磷酸鹽的制備。

背景技術

電子元器件的微型化創造了便攜式電子設備如手機、傳呼機、錄像機、傳真機、便攜式立體聲設備、個人備忘本和個人電腦使用的廣泛增長。其結果是，這些設備對改進電源的需求已增加。此外，混合動力電動汽車和純電動汽車也需要更先進的電池材料以滿足這些設備對高性能電池的大量需求。這些先進的電池材料應該是對環境友好并能以相對較低的成本制造，使得這些功能擴展的電池具有實際應用價值。相關電池包括一次原電池，即設計為只能進行一次充電和放電的電池，以及二次電池，即設計為可多次充電和放電的電池。一些基本上作為原電池設計的電池在一定程度上也可以反復充電和放電。

人們長期致力于發展鋰電池并使之能夠進行商業銷售。鋰電池由于其具有較高的能量密度從而獲得商業上的成功。鋰電池通常使用含有鋰離子的電解質，其負電極可以包括鋰金屬或合金(鋰電池)，或嵌鋰化合物(鋰離子電池)。正極材料通常由嵌鋰的電極活性材料組成。例如，嵌鋰的金屬磷酸鹽是生產正極材料的理想化合物。

鋰離子電池的一個例子是磷酸亞鐵鋰(即LiFePO₄或LFP)電池，其中磷酸亞鐵鋰作為正極材料。LFP具有成本低、無毒、自然界含量豐富；具有優良的熱穩定性、安全性和電化學性能以及較高的比容量(170毫安·時/克，或610C/G)。因此，除了其他領域，磷酸鐵鋰電池特別適用于電動車輛和備用電源。然而，LFP電池的生產成本仍然很高。例如，LFP活性材料和其摻雜物的制備方法是用草酸亞鐵為鐵源前驅體和磷酸二氫氨為磷(PO₄)源前驅體。其缺點是，用草酸亞鐵和磷酸二氫氨的生產過程會產生有害氣體，并且制備成本很高。另一種方法是使用質量好的磷酸鐵前驅體同時為鐵源和磷(PO₄)源。但是，目前傳統磷酸鐵的制造成本也非常高。

FePO₄的制造也浪費了大量的水，因此其生產過程不夠環保。世界上有十億多人處于供水緊張狀態，無法獲得充足的飲用水。在43個國家大約有7億人面臨缺水，因為他們的年供水量低于每人每年1000立方米。在中國，有超過5億3800萬人生活在缺水地區。

因此，有必要發明一個新方法或工藝來制備LFP和FePO₄，這種新方法或工藝使生產成本更低和使用更少的水。幸運地，本發明提供了一種制備高純度磷酸鹽的新方法，該方法可以克服其制造成本高和水源浪費的問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種可克服成本高和水源浪費問題的高純度磷酸鹽制備方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：高純度磷酸鹽的制備方法，包括如下步驟：

(ⅰ)具有混合價態屬性的金屬，提供其亞價態V_a化合物的水溶液，水溶液里含有第一雜質T_a；

(ⅱ)在上述水溶液中加入含有第二雜質T_b的沉淀劑反應生成固液兩相混合物,固相混合物是金屬亞價態水不溶化合物沉淀，該沉淀是金屬亞價態V_a化合物的一種或多種混合物，液相混合物是含有第一雜質T_a和第二雜質T_b的溶液；