[發明專利]一種磷酸錳的制備方法

有效

• 申請號: 202011022396.1
• 申請日: 2020-09-25
• 公開（公告）號: CN112142028B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 胡國榮;杜柯;曹雁冰;彭忠東;王永志
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C01B25/37
• 分類號: C01B25/37
• 代理公司: 長沙永星專利商標事務所(普通合伙) 43001
• 代理人: 周詠;林毓俊

本發明公開了一種磷酸錳的制備方法，包括以下步驟：按設定的比例取濃磷酸和高錳酸鉀，并混合均勻；混合物設定溫度下進行反應；反應結束，將反應液進行過濾、洗滌、干燥，得到磷酸錳MnPO₄·H₂O。本發明不同于傳統的低價錳源氧化制備磷酸錳的技術路線，以高錳酸鉀和商業磷酸為原料，不需要額外添加溶劑及氧化還原劑，簡化了反應工藝并降低了成本。而與專利CN102849715A《納米磷酸錳的制備方法》相比，不需要使用硫酸和草酸，除了磷酸中的水以外不需要額外加水，不需要控制溶液濃度和pH值，反應簡單，產率高。采用本發明的方法生產磷酸錳，成本低、工藝簡單、綠色環保、環境友好，具有工業化價值。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池正極材料制備技術領域，尤其涉及一種磷酸錳的制備方法。

背景技術

過渡金屬磷酸鹽是一種用途十分廣泛的化工原料，不僅可以作為吸附劑、催化劑、離子交換劑、磷化劑，而且在陶瓷、電介質、磁學、電學等方面都有潛在的應用前景。近年來，磷酸錳作為鋰離子電池正極材料磷酸錳鋰的前驅體，具有重要的應用價值。

目前鋰離子電池正極材料LiFePO₄的主流制備方法是使用磷酸鐵FePO₄·H₂O 作為前驅體。而磷酸錳MnPO₄·H₂O前驅體難以像FePO₄·H₂O一樣大規模制備，這主要由于Mn³⁺在水溶液中容易發生歧化反應，生成Mn²⁺和MnO₂。目前國內外對于磷酸錳的制備方法研究較少，現有制備方法通常是使用硝酸鹽在乙醇或水溶液中將Mn²⁺氧化為Mn³⁺，與磷酸或磷酸鹽反應生成磷酸錳。如論文《Synthesis and Characterization of Lithium ManganesePhosphate by a Precipitation Method》、《Hydrothermally Controlled Growth ofMnPO₄·H₂O Single-Crystal Rods》中分別使用硝酸錳和磷酸在乙醇及水體系下制備出磷酸錳。但是這類方法使用硝酸鹽作為氧化劑，生產成本高，同時產生含氮廢液廢氣，污染環境。若在酒精體系中合成，則生成及環保成本進一步提高。另外，專利CN102849715A 《納米磷酸錳的制備方法》中將高錳酸鉀加入硫酸、磷酸、草酸的混合水溶液中，通過硫酸調節混合溶液中氫離子的濃度，以草酸為還原劑還原高錳酸鉀得到二價錳離子，錳離子與高錳酸根發生逆歧化反應，得到三價錳離子，并與磷酸反應得到磷酸錳。該反應體系復雜，反應時間長(24h以上)，且會引入硫酸根，需大量水清洗。因此，需要開發綠色環保、快速高效制備磷酸錳的方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種工藝簡單、節約成本、減少污染、適合于工業化生產的磷酸錳的制備方法。

本發明為一種磷酸錳的制備方法，包括以下步驟：

按設定的比例取濃磷酸和高錳酸鉀，并混合均勻；混合物設定溫度下進行反應；反應結束，將反應液進行過濾、洗滌、干燥，得到磷酸錳MnPO₄·H₂O。

所述的濃磷酸的質量分數為85％；所述的設定比例是指：高錳酸鉀與濃磷酸的固液比為(2～5):(20～40)g/mL；優選的：高錳酸鉀與濃磷酸的固液比為 (3～4):(20～40)g/mL。

所述的設定溫度為140～200℃，反應時間為1～20h；優選的：設定溫度為 150～180℃，反應時間為6～12h。

所述的磷酸錳MnPO₄·H₂O為灰綠色粉末，二次顆粒呈啞鈴狀。

本發明的原理：