[發明專利]一種高純度球形電池級磷酸鐵的制備方法

在審

• 申請號: 201711482602.5
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108298513A
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發明（設計）人: 劉俊才;李健;宮東杰;張仁國;王永松;岳有濤
• 申請（專利權）人: 貴州唯特高新能源科技有限公司
• 主分類號: C01B25/37
• 分類號: C01B25/37
• 代理公司: 貴陽東圣專利商標事務有限公司 52002
• 代理人: 郭嬌

本發明公開了一種高純度球形電池級磷酸鐵的制備方法，包括以下步驟：配置三價鐵鹽的混合溶液，將將混合溶液和濃度為0.1?0.3mol/L碳酸鈉按比例緩慢泵入裝有底液的磁力攪拌容器中，混合液通過滴入碳酸鈉調節pH值，同時加熱攪拌沉淀制得均勻球形的磷酸鐵混合物料，過濾洗滌低溫干燥后的磷酸鐵經過400?700℃的高溫處理后，得到高純度的無水磷酸鐵。本發明制得的磷酸鐵主含量高、重金屬含量低、密實度高、一致性好。

技術領域

本發明屬于電化學電源材料制備技術領域，具體涉及到一種高純度球形電池級磷酸鐵的制備方法。

背景技術

現有的工藝制備磷酸鐵一般都是直接用；氯化鐵或硝酸鐵或硫酸亞鐵溶液經雙氧水氧化后直接加入磷酸或可溶磷酸鹽制備。其硫酸根、鉀、鈉、鎂、錳等雜質及重金屬(Pb、Ni、Co等)含量較高，而這些雜質會直接影響或降低磷酸鐵鋰電池的電池容量、倍率放電等性能。理論上，這些雜質是越低越好。現有工藝合成的磷酸鐵中硫酸根、鉀、鈉等含量可達500～5000ppm左右，重金屬雜質(Fe、Co、Ni、Pb、Cd、 Cr等)含量達100ppm左右或更高，即使是試劑級的磷酸鐵，其硫酸根、鉀、鈉等含量也在500ppm左右。用一般除雜劑，即使可將硫酸根、鉀、鈉等含量及重金屬雜質(Co、Ni、Pb等)含量降低，但制備的磷酸鐵產品純度仍然不高，且微觀結構不具有適用電池材料的優良電化學性能。形貌上也為不規則狀，振比較低，很難達到1.0g/cm³以上的要求，往往產品中還會引入更多的雜質元素。由此合成的磷酸鐵鋰克容量偏低，倍率放電性能差，產品質量是達不到磷酸鐵鋰要求的電池級草酸亞鐵產品要求的，因而也就不能滿足磷酸鐵鋰電池生產原料要求。

有機鐵鹽的主要成分為碳、氫、氧和鐵，使用有機鹽鐵作為制作磷酸鐵的鐵源，磷酸鐵在低pH范圍內合成洗滌后，殘留的有機酸通過高溫燒結后轉變為二氧化碳和水汽，可有效降低磷酸鐵中重金屬含量。

發明內容

本發明的目的在于提供一種主含量高、重金屬含量低、密實度高的電池級磷酸鐵的制備方法。

本發明的一種高純度球形電池級磷酸鐵的制備方法，包括以下步驟：

(1)配置三價鐵鹽的混合溶液，其中Fe³⁺源和磷源的摩爾比例為 1:1.2-1.5，Fe³⁺源和晶形控制劑摩爾比為10:0.5-2；

(2)將混合溶液和0.1-0.3mol/L碳酸鈉以流量為100-200ml/h 的速度緩慢滴入裝有pH＝1.5±0.2的磷酸溶液為底液的磁力攪拌容器中，通過滴入碳酸鈉控制混合溶液pH值1.0-2.0，混合溶液滴完或混合物料體積達到反應容器三分之二處，停止泵入，繼續攪拌0.5-2小時，得到初步成核的磷酸鐵混合物料；

(3)將磷酸鐵混合物料加熱至60-95℃，繼續攪拌0.5-2小時得到成核完整的磷酸鐵沉淀FePO₄·2H₂O；

(4)過濾洗滌低溫干燥后的磷酸鐵沉淀，再經過400-700℃的高溫處理后，得到高純度的無水磷酸；

其中步驟(1)所述Fe³⁺源為有機鐵鹽檸檬酸鐵或乳酸鐵中的一種或二種以上；

其中步驟(1)所述磷源為磷酸、磷酸二氫銨或磷酸氫二銨中的一種或二種以上；

其中步驟(1)所述晶形控制劑為雙親共軛聚合物羧甲基纖維素、聚乙烯醇或聚乙二醇中的一種或二種以上。

本發明與現有技術相比，具有明顯有益效果，從以上技術方案可知:通過本發明制得的磷酸鐵主含量≥99.5％，S、Na≤30ppm，Pb、Cd、 Cr重金屬≤10ppm，Ca、Mg、Al、Ni、Mn均≤50ppm，最終顆粒粒徑D50 維持在5-8um，振實密度≥1.2g/cm，鐵磷比0.99-1.0，原料來源廣泛，成本低，制備過程簡潔，具有一定優勢，為產業化打下良好基礎。。