[發(fā)明專利]一種電池級正磷酸鐵及其制備方法和應用

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• 申請日: 2020-07-21
• 公開（公告）號: CN111847415A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發(fā)明（設計）人: 萬寧;李萍萍;陳峰;汪偉偉;楊茂萍
• 申請（專利權）人: 合肥國軒高科動力能源有限公司
• 主分類號: C01B25/37
• 分類號: C01B25/37;C01B25/45;H01M4/58
• 代理公司: 合肥市長遠專利代理事務所(普通合伙) 34119
• 代理人: 干桂花

本發(fā)明公開了一種電池級正磷酸鐵及其制備方法和應用，涉及儲能材料技術領域，其制備方法包括以下步驟：向硫酸亞鐵溶液中加入磷酸溶液，攪拌，調節(jié)反應體系的pH至2.0?2.5，控制反應體系的溫度為75?85℃，通入氣體氧化劑，然后加入絮凝劑，攪拌，反應完全后陳化；將反應產物進行壓濾、洗滌，得二水磷酸鐵；將二水磷酸鐵物化造粒、煅燒，即得無水正磷酸鐵。本發(fā)明采用共沉淀法制備正磷酸鐵，利用磷酸亞鐵的溶解度小，成核速度快而長大速度慢，易得到高分散的膠體的特性，并通過控制反應體系的pH和溫度，加入絮凝劑及陳化處理等步驟，制備出粒徑小且分布窄的超精細磷酸鐵顆粒。使用該磷酸鐵制備得到的磷酸鐵鋰材料表現(xiàn)出優(yōu)異的低溫性能。

技術領域

本發(fā)明涉及儲能材料技術領域，尤其涉及一種電池級正磷酸鐵及其制備方法和應用。

背景技術

隨著磷酸鐵鋰鋰離子電池在新能源汽車、風光儲能、通訊基站、大型數(shù)據(jù)庫儲存等行業(yè)的廣泛應用，磷酸鐵鋰正極材料的生產與制造也得到大力發(fā)展。磷酸鐵鋰正極材料的制備存在多種工藝技術路線，已經獲得產業(yè)化的技術路線有氧化鐵紅路線、草酸亞鐵路線、水熱合成路線、正磷酸鐵路線。經過2012年后行業(yè)和市場的實踐與驗證，正磷酸鐵路線制備的磷酸鐵鋰具有電性能良好、雜質含量低、工藝步驟簡單等突出優(yōu)勢，逐漸成為行業(yè)統(tǒng)一的技術趨勢。這一背景下，給正磷酸鐵制造行業(yè)帶來巨大的發(fā)展機遇。

然而國內外電池級正磷酸鐵的研究與生產起步都比較晚，即使A123、PHOSTECH等國外正極材料企業(yè)在磷酸鐵鋰研究之初就關注正磷酸鐵的制備并投入技術研發(fā)，但規(guī)模化生產出商業(yè)化的正磷酸鐵也是最近五到八年的事情。

國內正磷酸鐵的技術基于早期低水平的陶瓷級、食品級產品模式，存在純度波動、晶體結構不明確的問題，而且不少廠家在產品與技術開放階段存在與正極材料制備脫節(jié)的現(xiàn)象，未能從源頭解決磷酸鐵鋰低溫性能差的缺陷。

發(fā)明內容

基于背景技術存在的技術問題，本發(fā)明提出了一種電池級正磷酸鐵及其制備方法和應用，是以硫酸亞鐵為原料，通過控制反應體系的pH和溫度，加入絮凝劑及陳化處理等步驟，制備出粒徑小且分布窄的超精細磷酸鐵顆粒，利用該磷酸鐵制備的磷酸鐵鋰材料表現(xiàn)出優(yōu)異的低溫性能。

本發(fā)明提出的一種電池級正磷酸鐵的制備方法，包括以下步驟：

S1、向硫酸亞鐵溶液中加入磷酸溶液，攪拌，調節(jié)反應體系的pH至2.0-2.5，控制反應體系的溫度為75-85℃，通入氣體氧化劑，然后加入絮凝劑，攪拌，反應完全后陳化；

S2、將S1中的反應產物進行壓濾、洗滌，得二水磷酸鐵；

S3、將二水磷酸鐵物化造粒、煅燒，即得無水正磷酸鐵。

在本發(fā)明中，以硫酸亞鐵為原料，無需特殊的生產設備。而以氯化亞鐵為原料，其反應體系對設備抗腐蝕性要求特別高，需要特殊的設備，此外，體系中的Cl^-、PO₄^3-、Fe³⁺會形成絡合物，使得反應生成的磷酸鐵的量減少，從而降低最終產品的收益率，且這些絡合物較難除去，從而影響材料的性能。

優(yōu)選地，S1中，將硫酸亞鐵溶液加入反應釜中，攪拌的同時以40-60L/h的流量加入磷酸溶液，然后攪拌3-4h，再以100-120L/h的流量注入20-25％的堿液調節(jié)反應體系的pH至2.0-2.5，控制反應體系的溫度為75-85℃，再以6-8m³/h的流量向反應體系中通入氣體氧化劑，然后加入絮凝劑，攪拌3-4h，攪拌結束后靜置陳化1-1.5h。

上述S1中，攪拌速率均控制在70-80Hz。

優(yōu)選地，S1中，氣體氧化劑為臭氧；優(yōu)選地，絮凝劑為硫酸鐵或氯化鐵。