[發明專利]一種高純度高壓實電池級磷酸鐵的制備方法

有效

• 申請號: 201811137344.1
• 申請日: 2018-09-28
• 公開（公告）號: CN108840317B
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發明（設計）人: 譚澤;黃司平;李煜乾;李明;張志斌;周一朗
• 申請（專利權）人: 廣東光華科技股份有限公司
• 主分類號: C01B25/37
• 分類號: C01B25/37;B82Y40/00
• 代理公司: 汕頭市高科專利代理有限公司 44103
• 代理人: 唐瑞玉

本發明提供了一種高純度高壓實電池級磷酸鐵的制備方法，該方法是先將一定量的鐵及質量濃度為15?35%的磷酸在40?100℃下反應生成含有亞鐵離子的磷酸溶液，再加熱料液至60?100℃后，加入絡合劑并通入臭氧氧化3.5?7.5小時得到磷酸鐵漿料，過濾漿料，將濾餅反復洗滌、過濾至濾液呈中性，然后將收集到的固體干燥2?4小時后在400?600℃下煅燒2?4小時，得到所需磷酸鐵，其中絡合劑為乙二胺、三乙醇胺、2?羥基乙胺、1,2?丙二胺、1,3?丙二胺、琥珀酰胺、丙二酰胺中的一種或多種。本發明的制備方法，工藝簡單、安全環保、原子利用率高、成本低，且可連續化生產，由本發明方法獲得的磷酸鐵，鐵磷比0.96?0.99、D95粒度為78?150納米、壓實密度2.40?2.50克/立方厘米，特別適合作為鋰電池正極材料磷酸鐵鋰的原料使用。

技術領域

本發明涉及一種無機化合物的制備方法，尤其涉及一種磷酸鐵的制備方法，更具體是涉及一種高純度高壓實電池級磷酸鐵的制備方法。

背景技術

磷酸鐵是鋰電池正極材料磷酸鐵鋰的重要原料，傳統磷酸鐵的制備方法一般是采用二價或三價鐵鹽和磷酸或磷酸鹽反應而得，最常用的鐵鹽是硫酸亞鐵、氯化鐵或硝酸鐵，這將不可避免地在產品磷酸鐵中引入雜質陰離子；此外，以磷酸鹽為沉淀劑，以及為了調節反應溶液的pH值而常用到氨水、氫氧化鈉或氫氧化鉀，這也會在產品中引入雜質陽離子，而雜質離子在電池充電或放電時會發生對電池的功率和循環性能有 害的氧化還原反應，這就使得雜質離子水平高的磷酸鐵不適合作為制備磷酸鐵鋰的原料。另外，實踐證明，鋰離子電池制作過程中，原料的壓實密度對電池性能有較大的影響，也即工藝條件一定的條件下，壓實密度越大，電池的容量越高。

公開號為CN102050435的中國發明專利，公開了一種電池級磷酸鐵的生產方法，該方法是先將聚合硫酸鐵溶解成鐵離子濃度為0.03～0.3M的溶液，再加入磷酸鹽溶液，生成堿式磷酸鐵漿料，再將漿料固液分離，分離后的堿式磷酸鐵加入磷酸溶液中進行處理，調pH值，然后過濾、洗滌、烘干得電池級磷酸鐵；上述制備方法由于引入硫酸根離子，需要加入助劑并經多次除雜才能達到電池級磷酸鐵的技術要求，而除雜產生大量的廢水，也存在后處理成本高的問題。

公開號為CN105480960的中國發明申請，公開了一種磷酸鐵制備方法，該方法是將鐵置于磷酸溶液中，加熱進行化鐵反應，得到含Fe(H₂PO₄)₂的反應液，再向反應液加入過氧化氫進行氧化反應，同時加入聚乙二醇繼續攪拌，使Fe(H₂PO₄)₂反應生成磷酸鐵，然后向磷酸鐵液加入蒸餾水，進行水解反應，對水解后的料液進行固液分離，并對固相洗滌至pH值達到近中性，甩干得到固體磷酸鐵，最后對甩干后的固體磷酸鐵依次進行干燥、脫水，形成脫水磷酸鐵；上述制備方法以純鐵為原料，以磷酸為磷源，雖可避免雜質的引入，但該方法采用雙氧水作為氧化劑，雙氧水與含有亞鐵的磷酸溶液混合時，在攪拌下所形成的體系雖為均相體系，但雙氧水加入時系呈細流加入，加料過程易受流體流動的影響，形成一定的濃度梯度，導致雙氧水濃度高的區域磷酸鐵顆粒的生成速率高于雙氧水濃度低的區域磷酸鐵顆粒的生成速率，反應體系由均相反應轉化為液-固相反應，磷酸鐵固相的形成可引起固-液相物質之間傳質不均勻，造成磷酸鐵顆粒因氧化反應速率差異引起顆粒大小出現差異，導致生成的磷酸鐵粒徑分布不均，造成壓實密度較低，無法用于高性能鋰電池的制備；另外，該方法添加的聚乙二醇分散劑殘留于產品中，會降低產品的純度，而采用通過加水調節pH值，耗水量也較大。