一种采用氧化铁和稀磷酸制备电池级磷酸铁的方法技术

本发明专利技术属于磷酸铁的制备技术域，提出了一种采用氧化铁和稀磷酸制备电池级磷酸铁的方法，包括如下步骤：步骤1，按照一定比例称取三氧化二铁、磷酸、反应助剂；步骤2，将磷酸置于水浴反应釜中加热到一定温度，然后加入反应助剂，再加入三氧化二铁；步骤3，在反应一定时间后，将反应溶液转移到水热釜中密封，置于一定温度下加热并保温一定时间；步骤4，将水热后所得产物用去离子水洗涤、烘干得到二水合磷酸铁。本发明专利技术可以直接以Fe2O3为铁源，避免了单质铁以及氧化剂的利用；通过助剂的引入可以调控所得磷酸铁的颗粒孔隙度，减少了洗涤废水的用量；利用水热，避免了盐酸和硝酸的引入。避免了盐酸和硝酸的引入。

【技术实现步骤摘要】
一种采用氧化铁和稀磷酸制备电池级磷酸铁的方法


[0001]本专利技术属于磷酸铁的制备技术域，具体涉及一种采用氧化铁和稀磷酸制备电池级磷酸铁的方法。

技术介绍

[0002]磷酸铁锂具有能量密度高、循环稳定性好、成本低廉、环境友好等优势，市场需求快速增加。磷酸铁是生产磷酸铁锂的前驱体。磷酸铁的元素组成、颗粒大小等理化性质对于最终磷酸铁锂性能至关重要。磷酸铁的制备主要是以可溶性铁盐和磷酸盐为原料通过共沉淀法制备。如何通过原料和工艺优化降低磷酸铁成本是当前的重点。
[0003]现有主流的磷酸铁制备工艺是以硫酸亚铁为铁源，磷酸或磷酸盐为磷源，双氧水为助剂，采用铵盐或者碱调节pH，通过共沉淀、熟化、洗涤等工艺制备得到电池级磷酸铁。该工艺流程较长，会产生硫酸铵副产物，且为了脱除产品中的硫酸根需要大量水反复洗涤，生产一吨磷酸铁会产生40吨附近废水，但硫含量大都仍超过150ppm。
[0004]如中国专利申请号：CN202011318876.2，谢裴等首先将单质铁添加至混酸溶液中，得原料液；其次在加热条件下，将三氧化二铁添加至原料液中，得粗制磷酸铁溶液；然后将氧化剂添加至粗制磷酸铁溶液中，保温，得磷酸铁浆料；最后将磷酸铁浆料固液分离，收集固相，洗涤后，煅烧得无水磷酸铁。该方案在无硫环境下反应得到的磷酸铁，从而大大降低了磷酸铁成品中硫含量。但是，需要用到单质铁为原料，成本较高；所用酸溶液为盐酸或硝酸和磷酸的混合物，会引入氯离子、硝酸根离子等杂质；仍需要加入氧化剂，成本偏高。
[0005]如中国专利，申请号:CN202010515348.X，辛本营等提供了一种磷酸铁的制备方法，包括以下步骤：1)配置除杂液2)将氧化铁与除杂液混合，使用高速分散机进行分散，打入砂磨机进行研磨，洗涤过滤后利用干燥机进行干燥；3)对上述2)得到的氧化铁加入到酸的混合溶液中溶解；4)对上述3)获得的溶液进行过滤；5)对4) 获得的溶液加入到反应釜中进行搅拌加温；6)对5)得到的沉淀物过滤，并加入到反应釜进行陈化处理；7)对6)陈化后的磷酸铁进行反复洗涤；8)对7)洗涤后的磷酸铁进行干燥处理；9)对8)干燥后获得的二水磷酸铁进行煅烧，获得磷酸铁成品。本专利技术的有益效果是：原材料成本低，生产过程清洁环保，不产生废水及废气，生产流程简短，制造成本低；产品性能好。但是，需要使用强酸溶液预先对氧化铁除杂；2.处理氧化铁的溶液为混酸溶液，会引入C l、NO3等杂质离子。
[0006]综上所述，现有的技术均存在一定的缺陷，因此提出一种采用氧化铁和稀磷酸制备电池级磷酸铁的方法。

技术实现思路

[0007]本专利技术旨在解决现有技术中存在的技术问题，提供一种采用氧化铁和稀磷酸制备电池级磷酸铁的方法。
[0008]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种采用氧化铁和稀磷酸制备电池级磷酸铁的方法，包括如下步骤：
[0009]步骤1，按照一定比例称取三氧化二铁、磷酸、反应助剂；
[0010]步骤2，将磷酸置于水浴反应釜中加热到一定温度，然后加入反应助剂，再加入三氧化二铁；
[0011]步骤3，在反应一定时间后，将反应溶液转移到水热釜中密封，置于一定温度下加热并保温一定时间；
[0012]步骤4，将水热后所得产物用去离子水洗涤、烘干得到二水合磷酸铁。
[0013]在本专利技术的一种优选实施方式中，步骤1中，步骤1中，三氧化二铁与磷酸的摩尔比为0.98
‑
1.02:2。
[0014]在本专利技术的一种优选实施方式中，步骤1中，反应助剂包括聚乙二醇、羧甲基纤维素钠或海藻酸钠。
[0015]在本专利技术的一种优选实施方式中，步骤2中，温度为100
‑
120℃。
[0016]在本专利技术的一种优选实施方式中，步骤3中，温度为140
‑
150℃。
[0017]在本专利技术的一种优选实施方式中，步骤3中，保温时间为2
‑
4h。
[0018]在本专利技术的一种优选实施方式中，步骤3中，反应时间为2
‑
6h。
[0019]在本专利技术的一种优选实施方式中，步骤4中，水热后所得产物用去离子水洗涤至滤液呈中性。
[0020]在本专利技术的一种优选实施方式中，反应助剂质量为三氧化二铁质量的3
‑
10％。
[0021]本专利技术的原理和有益效果：(1)通过控制磷酸浓度、使用量和温度可以改变其和Fe2O3的反应活性，从而在第一步水浴反应釜中使大部分三氧化二铁参与反应，在第二步水热中则利用水热下溶液的临界性质以及磷酸的电离度进一步反应剩余的三氧化二铁，助剂的加入可以控制所得磷酸铁的粒径。
[0022](2)可以直接以Fe2O3为铁源，避免了单质铁以及氧化剂的利用； 2.通过助剂的引入可以调控所得磷酸铁的颗粒孔隙度，减少了洗涤废水的用量；3.利用水热，避免了盐酸和硝酸的引入。
[0023]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。
具体实施方式
[0024]本申请提供一种采用氧化铁和稀磷酸制备电池级磷酸铁的方法，包括如下步骤：
[0025]包括如下步骤：
[0026]步骤1，按照一定比例称取三氧化二铁、磷酸、反应助剂，所用助剂包括聚乙二醇、羧甲基纤维素钠、海藻酸钠，三氧化二铁与磷酸的摩尔比为0.98
‑
1.02:2，反应助剂质量为三氧化二铁质量的3
‑
10％。
[0027]步骤2，首先将磷酸置于水浴反应釜中加热到一定温度 (100
‑
120℃)，然后加入反应助剂，最后加入三氧化二铁；
[0028]步骤3，在反应一定时间(2
‑
6h)后，将反应溶液转移到水热釜中密封，置于一定温度(140
‑
150℃)下加热并保温一定时间(2
‑
4h)；
[0029]步骤4，将水热后所得产物用去离子水洗涤、烘干得到二水合磷酸铁。
[0030]对比实验：
[0031]实验1(本方案)
[0032]按照一定比例称取三氧化二铁、磷酸，Fe：P＝1:2(摩尔比)。首先将磷酸置于水浴反应釜中加热到一定温度(100
‑
120℃)，然后加入质量为铁、磷原料5％的聚乙二醇，最后加入三氧化二铁，在反应一定时间后，将反应溶液转移到水热釜中密封(140
‑
150℃)，置于一定温度下加热并保温一定时间(2
‑
4h)。将水热后所得产物用去离子水洗涤至滤液呈中性、烘干得到二水合磷酸铁。
[0033]实验2(现有技术1)
[0034]按照一定比例称取三氧化二铁和混酸溶液，Fe：P＝1:2(摩尔比)。混合酸由37％盐酸和20％稀磷酸按照体积比1:1混合而成，然后加入质量为铁、磷原料3％的羧甲基纤维素钠。将三氧化二铁与混酸溶液混合在搅拌条件下80℃反应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用氧化铁和稀磷酸制备电池级磷酸铁的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，按照一定比例称取三氧化二铁、磷酸、反应助剂；步骤2，将磷酸置于水浴反应釜中加热到一定温度，然后加入反应助剂，再加入三氧化二铁；步骤3，在反应一定时间后，将反应溶液转移到水热釜中密封，置于一定温度下加热并保温一定时间；步骤4，将水热后所得产物用去离子水洗涤、烘干得到二水合磷酸铁。2.如权利要求1所述的采用氧化铁和稀磷酸制备电池级磷酸铁的方法，其特征在于，步骤1中，三氧化二铁与磷酸的摩尔比为0.98
‑
1.02:2。3.如权利要求2所述的采用氧化铁和稀磷酸制备电池级磷酸铁的方法，其特征在于，步骤1中，反应助剂包括聚乙二醇、羧甲基纤维素钠或海藻酸钠。4.如权利要求3所述的采用氧化铁和稀磷酸制备电池级磷酸铁的方法，其特征在于，步骤2中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭孝东，吴振国，宋扬，钟本和，陈德权，李浩东，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：