一种低硫含量电池级磷酸铁的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低硫含量电池级磷酸铁的制备方法，包括以下步骤：S1、将硫酸铁溶液中加入到磷酸盐溶液中，在搅拌下加热后进行合成反应，当反应浆料转变为纯白色，对反应浆料进行压滤处理，收集滤饼；S2、将上述操作获得的滤饼分散至水中，加热保温后，获得磷酸浆料；S3、洗涤压滤后脱去表面水后，煅烧得磷酸铁成品。与现有技术中的脱硫技术相比，本发明专利技术方案无需添加任何表面活性剂，避免了十六烷基磺酸钠、硬脂酸钠等乳化剂的使用，极大地缓解了环保处理的压力，不仅解决了现有磷酸铁制备技术中硫含量难以控制的技术问题，还能减少洗涤工艺中的洗水用量，缓解废水处理压力。

A preparation method of battery grade iron phosphate with low sulfur content

【技术实现步骤摘要】
一种低硫含量电池级磷酸铁的制备方法
本专利技术涉及锂电池
，具体涉及一种低硫含量电池级磷酸铁的制备方法。
技术介绍
随着全球锂离子电池的火热发展和国内市场对锂离子电池需求的日益增加，锂离子电池的研究已成为热点。磷酸铁锂由于具有理论放电容量大、循环寿命长、安全性高、环境友好等优势，被认为是最具发展潜力的锂离子正极材料之一，已被广泛应用于各类移动通信设备、交通工具中。磷酸铁作为合成磷酸铁锂重要的前驱体，其纯度和品质对磷酸铁锂电池的电化学性能有着极其重要的影响。目前，国内制备磷酸铁的方法主要为共沉淀法，根据铁源的不同，可将其具体分为硝酸铁法、硫酸亚铁法、氯化铁法等，其中，硫酸亚铁法应用最为普遍，但该路线制备的磷酸铁通常存在硫含量较高等问题，而杂质硫的存在不仅会损害磷酸铁锂的放电容量，还会影响其倍率性能。为解决硫含量过高的问题，磷酸铁生产企业采取加大洗涤水用量等措施来降低磷酸铁成品中的硫含量，然而，该方法只能移除磷酸铁颗粒表面吸附的硫酸根，其收效较小，且洗水用量大，导致企业用水成本及废水处理压力较大。中国专利技术专利申请文件CN108046229A公开了一种电池级无水磷酸铁综合脱硫的方法，具体公开了在反应、洗涤及脱水三个工序分别进行降硫处理，其中，在反应工序中通过添加硬脂酸钠、十六烷基苯磺酸钠等乳化剂来控制磷酸铁粒度以实现降硫；在洗涤工序中依次利用柠檬酸、乙醇及热水洗涤磷酸铁滤饼以实现降硫；在脱水工序中预先将产品破碎，控制产品粒度以降低硫含量。这些措施虽能有效地降低磷酸铁成品中的硫含量，然而，十六烷基苯磺酸钠等大分子表面活性剂的引入，增大了环保废水处理的压力；柠檬酸、乙醇及热水三级洗涤的方式过于复杂，且不利于大规模推广；此外，产品预破碎处理还将极大地增加生产能耗。因此，十分有必要寻找一种操作简便、无需引入表面活性剂的降硫方法，有效地解决硫酸亚铁存在着的、磷酸铁成品硫含量偏高的技术问题。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种磷酸铁的制备方法，能够降低磷酸铁成品中的硫含量。本专利技术最关键的构思在于：本专利技术方案通过巧妙地将铁盐添加到磷酸溶液中以减少磷酸铁颗粒内部所包覆的硫酸根离子；通过控制铁盐的加料速度及搅拌速度，以消除或减少磷酸铁颗粒团聚的现象，进而减少颗粒与颗粒间夹杂的硫酸根含量；此外，在合成阶段，通过分离硫酸根母液与磷酸铁浆料，也可避免磷酸铁颗粒吸附过多的硫酸根，不仅降低了硫酸根的吸附量，同时，还大幅的减少了滤饼洗涤过程的用水量；通过各操作的协同，使得产品中的硫含量大幅降低。根据本专利技术的实施例的低硫含量电池级磷酸铁的制备方法，包括以下步骤：S1、将硫酸铁溶液中加入到磷酸盐溶液中，控制加料速度为(30～80)mL/min(优选为40～50)mL/min，在(600～1000)rpm的速度(优选为(600～900)rpm；更优选为(700～900)rpm搅拌下加热后进行合成反应，当反应浆料转变为纯白色，对反应浆料进行压滤处理，收集滤饼；S2、将上述操作获得的滤饼分散至水中，加热保温后，获得磷酸铁浆料；S3、洗涤所述磷酸浆料至洗水电导率不高于150μS/cm，压滤后脱去表面水后，煅烧得磷酸铁成品；其中，所述硫酸铁溶液中铁元素的质量浓度为(50～120)g/L；优选为(50～100)g/L；更优选为(50～80)g/L；更优选为(50～60)g/L。根据本专利技术的一些实施例，步骤S1中所述硫酸铁与磷酸盐的用量比按铁与磷摩尔比为1:(1～1.5)。根据本专利技术的一些实施例，步骤S1中所述硫酸铁溶液是按照以下步骤制备得到的：将双氧水溶液与硫酸亚铁溶液混合，反应后得所述硫酸铁溶液。也可以采用直接将硫酸铁溶于水的方式。根据本专利技术的一些实施例，所述双氧水与硫酸亚铁按摩尔比为(0.5～1):1的比例混合。根据本专利技术的一些实施例，所述磷酸盐溶液中磷元素的质量浓度为(30～60)g/L；优选为(30～50)g/L；更优选为(30～40)g/L；更优选为(30～35)g/L。根据本专利技术的一些实施例，所述磷酸盐包括磷酸一氢铵、磷酸二氢铵、磷酸一氢钠或磷酸二氢钠中的至少一种。根据本专利技术的一些实施例，所述步骤S1中，加热至(80～100)℃后进行合成反应；优选地，加热至(80～90)℃。根据本专利技术的一些实施例，所述步骤S2中，加热至(80～100)℃后保温(1～3)h；优选地，加热至(80～90)℃。根据本专利技术的一些实施例，所述步骤S3中的煅烧温度为(500～800)℃，煅烧时间为(3～6)h；优选地，煅烧温度为(500～700)℃，煅烧时间为(3～4)h。根据本专利技术的一些实施例，所述步骤S3中脱去表面水的操作为将压滤后的滤饼经过闪蒸脱去表面水。根据本专利技术实施例的制备方法，至少具有如下有益效果：本专利技术方案通过将铁盐添加到磷盐溶液中，减少了晶核形成过程中被包覆进晶核内部的硫酸根数量，极大地减少了磷酸铁成品中的硫含量；本专利技术方案通过控制加料速度、搅拌速率，使得磷酸铁沉淀颗粒的成核速度与颗粒的生长速度相当，使得生成的磷酸铁粒径较小且分散性好，避免了磷酸铁颗粒与颗粒间发生的团聚、夹杂大量的硫酸根，进一步减少了磷酸铁成品中的硫含量；在合成阶段，将硫酸铁母液与磷酸铁浆料通过压滤分离，减少磷酸铁颗粒吸附的硫酸根离子，极大地减少了磷酸铁滤饼洗涤过程中的用水量，降低了磷酸企业的用水成本并减轻了其环保处理压力；因此，该方法对磷酸铁生成过程中晶核形成、生长、团聚等过程的控制，从根本上解决现有共沉淀法制备磷酸铁技术中成品硫含量偏高的技术问题；与现有技术中的脱硫技术相比，本专利技术方案无需添加任何表面活性剂，避免了十六烷基磺酸钠、硬脂酸钠等乳化剂的使用，极大地缓解了环保处理的压力，不仅解决了现有磷酸铁制备技术中硫含量难以控制的技术问题，还能减少洗涤工艺中的洗水用量，缓解废水处理压力。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明图1为本专利技术实施例1和对比例1中所制备的磷酸铁在合成过程中不同阶段的硫含量变化曲线图；图2为二水磷酸铁中硫酸根的存在形式的示意图；图3为本专利技术对比例1(A)和实施例1(B)中磷酸铁晶核形成过程的示意图。具体实施方式为详细说明本专利技术的
技术实现思路
、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。本专利技术的实施例一为：一种低硫含量电池级磷酸铁的制备方法，包括以下步骤：(1)反应原料液的配置：按双氧水和硫酸亚铁的摩尔比为0.5:1，将双氧水溶液和硫酸亚铁溶液混合，进行氧化反应，得到硫酸铁原料液，硫酸铁原料液中铁元素的质量浓度为56g/L；同时配置磷酸盐原料液，磷酸盐原料液中磷元素的质量浓度为31g/L。(2)合成反应的进行：按照磷酸盐原料液中磷和硫酸铁原料液中铁的摩尔比为1.25:1，将硫酸铁原料液添加至磷酸盐原料液中，加料时间为10本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低硫含量电池级磷酸铁的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：/nS1、将硫酸铁溶液中加入到磷酸盐溶液中，控制加料速度为(30～80)mL/min，在(600～1000)rpm的速度搅拌下加热后进行合成反应，当反应浆料转变为纯白色，对反应浆料进行压滤处理，收集滤饼；/nS2、将上述操作获得的滤饼分散至水中，加热保温，获得磷酸铁浆料；/nS3、洗涤所述磷酸铁浆料至洗水电导率不高于150μS/cm，压滤后脱去表面水后，煅烧得磷酸铁成品；/n其中，所述硫酸铁溶液中铁元素的质量浓度为(50～120)g/L；优选为(50～100)g/L；更优选为(50～80)g/L；更优选为(50～60)g/L。/n

【技术特征摘要】
1.一种低硫含量电池级磷酸铁的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、将硫酸铁溶液中加入到磷酸盐溶液中，控制加料速度为(30～80)mL/min，在(600～1000)rpm的速度搅拌下加热后进行合成反应，当反应浆料转变为纯白色，对反应浆料进行压滤处理，收集滤饼；
S2、将上述操作获得的滤饼分散至水中，加热保温，获得磷酸铁浆料；
S3、洗涤所述磷酸铁浆料至洗水电导率不高于150μS/cm，压滤后脱去表面水后，煅烧得磷酸铁成品；
其中，所述硫酸铁溶液中铁元素的质量浓度为(50～120)g/L；优选为(50～100)g/L；更优选为(50～80)g/L；更优选为(50～60)g/L。


2.根据权利要求1所述的低硫含量电池级磷酸铁的制备方法，其特征在于：步骤S1中所述硫酸铁与磷酸盐的用量比按铁与磷摩尔比为1:(1～1.5)。


3.根据权利要求1所述的低硫含量电池级磷酸铁的制备方法，其特征在于：步骤S1中所述硫酸铁溶液是按照以下步骤制备得到的：将双氧水溶液与硫酸亚铁溶液混合，反应后得所述硫酸铁溶液。


4.根据权利要求3所述的低硫含量电池级磷酸铁的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗强，万文治，颜志雄，杨政，林奕，李万，
申请(专利权)人：湖南雅城新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43