一种以废弃磷铁为原料制备球形磷酸亚铁锂的方法技术

本发明专利技术公开了一种以废弃磷铁为原料制备球形磷酸亚铁锂的方法，该方法包括采用水洗、酸洗、真空抽离三步完成了原料磷铁的纯化和活化，又通过将磷铁与磷酸、碳酸锂、葡萄糖、无水乙醇、十六烷基三甲基溴化铵混合处理烧结成了团聚磷酸亚铁锂，最后通过氢氟酸复合超声波浸润振动处理将团聚磷酸亚铁锂分离成为一个个单独的球形个体。本发明专利技术原料活化好、反应完全、产物纯度高、产物性能稳定、产物均一性好。

【技术实现步骤摘要】
一种以废弃磷铁为原料制备球形磷酸亚铁锂的方法
本专利技术涉及磷化工
，尤其涉及一种以废弃磷铁为原料制备球形磷酸亚铁锂的方法。
技术介绍
磷铁作为黄磷副产物，每年产量丰富，却一般作为废弃物处理，磷铁主要成分为铁和磷，调整磷铁比可以制备出FePO4，所以用磷铁制备电池级磷酸铁具有重要意义。随着世界能源危机的加重，绿色能源受到了越来越多的重视，而电能的存储的作为绿色能源研究的重要方面，得到了人们极大的关注，在众多存储方式中锂离子型电池以环境污染小、无记忆的独特性能、比能量高，工作电压高、循环性能好、自放电率低、被认为是近几年内比较好的一种能量存储手段。锂离子电池的性能与其组成材料密切相关，由于锂电池的负极材料的研究己经比较成熟，所以更多研究集中于正极材料，1996年发现的LiFePO4正极材料，LiFePO4放电容量高，循环稳定好和成本低被认为是作为锂离子电池的正极很有发展空间的一种材料。同时，磷酸铁锂制备的的前驱体的FePO4也受到广大学者的关注，磷酸铁合成方法有很多，原料也各不相同。因此，市面上急需一种原料活化好、反应完全、产物纯度高、产物性能稳定、产物均一性好的以废弃磷铁为原料制备球形磷酸亚铁锂的方法。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种原料活化好、反应完全、产物纯度高、产物性能稳定、产物均一性好的以废弃磷铁为原料制备球形磷酸亚铁锂的方法。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种以废弃磷铁为原料制备球形磷酸亚铁锂的方法，包括以下阶段：S1：原材料准备①按重量份准备废弃磷铁80份-100份、足量水、足量10%溶质质量浓度的硝酸溶液、足量10%溶质质量浓度的硫酸溶液、足量碳酸锂、足量葡萄糖、足量无水乙醇、足量十六烷基三甲基溴化铵、足量氢气：氮气1：19的混合气体、足量质量浓度4%的氢氟酸；S2：废弃磷铁的纯化①将阶段S1步骤①准备的废弃磷铁机械研磨成粒度不大于400目的粉末，再采用水漂洗干净，烘干后获得洁净含杂磷铁；②将步骤①获得的洁净含杂磷铁完全浸入阶段S1步骤①准备的硫酸溶液中，搅拌至固含物质量稳定不再变化，过滤，除去剩余固含物，保留硫酸溶液；③将步骤②获得的硫酸溶液加热至60℃-70℃，待水分逐渐蒸离，溶液内发生结晶，当结晶体质量达到原洁净含杂磷铁质量85%-90%时，停止加热，滤除液体，将结晶体洗净、烘干，并再次研磨成粒度不大于400目的粉末，获得初纯化磷铁；④将步骤③获得的初纯化磷铁置于真空电阻炉中，抽真空至1×10-2Pa-1×10-3Pa，然后升温至1100℃-1200℃，保温45min-55min，然后将剩余固体取出，待固体冷却至室温后，获得纯化磷铁；S3：磷酸亚铁锂制备与球化①测定阶段S2步骤④获得的纯化磷铁中磷、铁的含量，然后通过添加磷酸将磷元素：铁元素的摩尔比补足至Pmol：Femol=6：1，然后将补足后的磷铁与磷酸混合物投入足量的阶段S1步骤①准备的硝酸溶液中，升温至120℃-130℃，再以100rpm-120rpm的速率对反应体系进行搅拌，保持1.5h-2.5h，获得反应溶液，将反应溶液进行冷却、抽滤、洗涤，获得二水磷酸铁；②将步骤①获得的二水磷酸铁与阶段S1步骤①准备碳酸锂、葡萄糖、无水乙醇、十六烷基三甲基溴化铵按摩尔比1：(1-1.1)：(1.1-1.2)：(1.2-1.3)：(0.02-0.025)混合均匀，获得混合浆料，将混合浆料球磨至粒度不大于1000目，再将球磨后的混合浆料置于阶段S1步骤①准备的混合气体保护环境下，升温至645℃-655℃，烧结5.5h-6.5h，获得团聚形态碳包覆磷酸亚铁锂；③将步骤②获得的团聚形态碳包覆磷酸亚铁锂完全浸入阶段S1步骤①准备的氢氟酸中，获得氢氟酸混合液，再对氢氟酸混合液采用250W-300W功率的超声波振动处理，处理时间15min-20min，处理完毕后滤出固体，洗净并烘干，获得所需球形磷酸亚铁锂。与现有技术相比较，本专利技术具有以下优点：（1）本专利技术通过将磷化工的废弃物通过一系列手段转化制造成球化磷酸亚铁锂，是名符其实的变废为宝，不同于现有技术的粗放处理方式，本专利技术第一步就是对磷铁做纯化处理，因此本专利技术的原始原料纯度就较高，为后续稳定、高效地生产环节打下了基础。（2）本专利技术通过三步纯化法获得的高活性、高纯度磷铁原料，由于其含量精确可控、杂质少，因此可以精确控制其它原料的用量，使得整个反应体系的完整度高，反应完全，既保证了产品性能，又减少了废弃物排放。（3）通过本专利技术的方法制备的磷酸亚铁锂电池，由于产物纯度高，硅含量极低，因些其电性能较优，具体为：充放电性能测试显示电池在0.1C下的首次充放电容量分别为172.4mAh/g和161.3mAh/g，其放电库伦效率为93.6%；通过EIS测试显示以磷铁为原料制备的材料电池内阻较以铁盐为原料制备材料的电池内阻小，其电荷转移电阻为46.55Ω；通过不同倍率的放电曲线显示电池在电流倍率为1C下放电容量仍保持为122.1mAh/g；且电池的循环伏安测试显示电池的氧化还原峰对称性好较好，即显示电池的循环可逆性较好，可用作充电电池电极。（4）根据本专利技术生产的球化磷酸亚铁锂由于所有原料成分、原料用量、生产工序工艺参数都在有效的控制范围内，制造出的产品性能偏差在0.5%以内，在本领域内属于相当稳定的产出性能，产物的均一性因此也非常不错。因此，本专利技术具有原料活化好、反应完全、产物纯度高、产物性能稳定、产物均一性好的特性。具体实施方式实施例1：一种以废弃磷铁为原料制备球形磷酸亚铁锂的方法，包括以下阶段：S1：原材料准备①按重量份准备废弃磷铁80份-100份、足量水、足量10%溶质质量浓度的硝酸溶液、足量10%溶质质量浓度的硫酸溶液、足量碳酸锂、足量葡萄糖、足量无水乙醇、足量十六烷基三甲基溴化铵、足量氢气：氮气1：19的混合气体、足量质量浓度4%的氢氟酸；S2：废弃磷铁的纯化①将阶段S1步骤①准备的废弃磷铁机械研磨成粒度不大于400目的粉末，再采用水漂洗干净，烘干后获得洁净含杂磷铁；②将步骤①获得的洁净含杂磷铁完全浸入阶段S1步骤①准备的硫酸溶液中，搅拌至固含物质量稳定不再变化，过滤，除去剩余固含物，保留硫酸溶液；③将步骤②获得的硫酸溶液加热至60℃-70℃，待水分逐渐蒸离，溶液内发生结晶，当结晶体质量达到原洁净含杂磷铁质量85%-90%时，停止加热，滤除液体，将结晶体洗净、烘干，并再次研磨成粒度不大于400目的粉末，获得初纯化磷铁；④将步骤③获得的初纯化磷铁置于真空电阻炉中，抽真空至1×10-2Pa-1×10-3Pa，然后升温至1100℃-1200℃，保温45min-55min，然后将剩余固体取出，待固体冷却至室温后，获得纯化磷铁；S3：磷酸亚铁锂制备与球化①测定阶段S2步骤④获得的纯化磷铁中磷、铁的含量，然后通过添加磷酸将磷元素：铁元素的摩尔比补足至Pmol：Femol=6：1，然后将补足后的磷铁与磷酸混合物本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种以废弃磷铁为原料制备球形磷酸亚铁锂的方法，其特征在于包括以下阶段：/nS1：原材料准备/n①按重量份准备废弃磷铁80份-100份、足量水、足量10%溶质质量浓度的硝酸溶液、足量10%溶质质量浓度的硫酸溶液、足量碳酸锂、足量葡萄糖、足量无水乙醇、足量十六烷基三甲基溴化铵、足量氢气：氮气1：19的混合气体、足量质量浓度4%的氢氟酸；/nS2：废弃磷铁的纯化/n①将阶段S1步骤①准备的废弃磷铁机械研磨成粒度不大于400目的粉末，再采用水漂洗干净，烘干后获得洁净含杂磷铁；/n②将步骤①获得的洁净含杂磷铁完全浸入阶段S1步骤①准备的硫酸溶液中，搅拌至固含物质量稳定不再变化，过滤，除去剩余固含物，保留硫酸溶液；/n③将步骤②获得的硫酸溶液加热至60℃-70℃，待水分逐渐蒸离，溶液内发生结晶，当结晶体质量达到原洁净含杂磷铁质量85%-90%时，停止加热，滤除液体，将结晶体洗净、烘干，并再次研磨成粒度不大于400目的粉末，获得初纯化磷铁；/n④将步骤③获得的初纯化磷铁置于真空电阻炉中，抽真空至1×10

【技术特征摘要】
1.一种以废弃磷铁为原料制备球形磷酸亚铁锂的方法，其特征在于包括以下阶段：
S1：原材料准备
①按重量份准备废弃磷铁80份-100份、足量水、足量10%溶质质量浓度的硝酸溶液、足量10%溶质质量浓度的硫酸溶液、足量碳酸锂、足量葡萄糖、足量无水乙醇、足量十六烷基三甲基溴化铵、足量氢气：氮气1：19的混合气体、足量质量浓度4%的氢氟酸；
S2：废弃磷铁的纯化
①将阶段S1步骤①准备的废弃磷铁机械研磨成粒度不大于400目的粉末，再采用水漂洗干净，烘干后获得洁净含杂磷铁；
②将步骤①获得的洁净含杂磷铁完全浸入阶段S1步骤①准备的硫酸溶液中，搅拌至固含物质量稳定不再变化，过滤，除去剩余固含物，保留硫酸溶液；
③将步骤②获得的硫酸溶液加热至60℃-70℃，待水分逐渐蒸离，溶液内发生结晶，当结晶体质量达到原洁净含杂磷铁质量85%-90%时，停止加热，滤除液体，将结晶体洗净、烘干，并再次研磨成粒度不大于400目的粉末，获得初纯化磷铁；
④将步骤③获得的初纯化磷铁置于真空电阻炉中，抽真空至1×10-2Pa-1×10-3Pa，然后升温至1100℃-1200℃，保温45min-55min，然后将剩余固体取出，待固体冷却至室温后，获得...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄明刚，方平农，骆宗兵，何易隆，
申请(专利权)人：贵州福泉川东化工有限公司，
类型：发明
国别省市：贵州;52