一种连续化制备磷酸铁的方法和应用技术

本发明专利技术属于锂离子电池材料技术领域，公开了一种连续化制备磷酸铁的方法和应用。一种连续化制备磷酸铁的方法，包括以下步骤：制备含铁磷的溶液；取部分含铁磷的溶液，向其中加入沉淀剂，然后滴加氧化剂和剩余含铁磷的溶液进行反应，在反应过程中加入碱液控制反应体系的pH值为0.8

【技术实现步骤摘要】
一种连续化制备磷酸铁的方法和应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池材料
，具体涉及一种连续化制备磷酸铁的方法和应用。

技术介绍

[0002]刀片电池通过结构创新，在成组时可以跳过“模组”，大幅提高了体积利用率，最终达成在同样的空间内装入更多电芯的设计目标。相较传统电池包，刀片电池的体积利用率提升了50％以上，在续航里程可提升50％以上，达到了高能量密度三元锂电池的同等水平。刀片电池的出现，很大程度上改善了磷酸铁锂续航里程低的问题。同时磷酸铁锂还具有安全性高、成本低的优点。
[0003]目前制备磷酸铁锂制备方法主要是以磷酸铁为前驱体，碳酸锂为锂源，葡萄糖或其他有机碳作为碳源，经过研磨、喷雾干燥、烧结等工序而得。磷酸铁前驱体的品质将会直接影响最终产品磷酸铁锂的性能，评价磷酸铁前驱体品质的指标包括磷酸铁的比表面积(BET)、铁磷比、杂质元素含量等因素，特别是批次间和批次内铁磷比、BET的稳定性，以及杂质含量。传统的方法中，一般采用间歇法单釜合成磷酸铁，该合成方法操作繁琐、产能低、能耗高；且批次间磷酸铁的质量稳定性较差，杂质高，尤其是S的含量一般达到0.6％
‑
0.7％，严重影响磷酸铁锂电池的电化学性能。且为了降低成本，合成磷酸铁一般采用钛白粉工艺副产品硫酸亚铁、镍铁合金、铁皮、铁渣等杂质含量高的原料作为铁源。在合成磷酸铁过程中，原料中的Ni、Mn、S等杂质元素会与磷酸铁共同沉淀，从而包裹在磷酸铁中难以洗涤出来，因此，制备杂质含量低，尤其是S含量低，产品理化性质稳定的磷酸铁至关重要。/>
技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少解决上述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连续化制备磷酸铁的方法和应用。本专利技术制备的磷酸铁的S含量低，产品理化性质稳定；且制备方法高效，能够显著提高产能。
[0005]本专利技术第一方面提供了一种连续化制备磷酸铁的方法。
[0006]具体地，一种连续化制备磷酸铁的方法，包括以下步骤：
[0007](1)将铁源与无机磷源溶于溶剂中，制得含铁磷的溶液；
[0008](2)取部分所述含铁磷的溶液，向其中加入沉淀剂，然后滴加氧化剂和剩余所述含铁磷的溶液，反应，在反应过程中加入碱液控制反应体系的pH值为0.8
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2.8，采用溢流的方式得到磷酸铁浆料；
[0009](3)将步骤(2)得到的磷酸铁浆料陈化、固液分离得磷酸铁滤饼，将所述磷酸铁滤饼经洗涤、脱水制得磷酸铁。
[0010]优选地，在步骤(1)中，所述铁源为铁粉、硫酸亚铁、废磷酸铁、镍铁合金、菱铁矿、磷铁渣中的至少一种。
[0011]优选地，在步骤(1)中，所述溶剂为水和/或酸。优选地，所述酸为硫酸或磷酸。
[0012]优选地，在步骤(1)中，所述无机磷源为磷酸、磷酸氢铵、磷酸二氢铵中的至少一种；进一步优选地，所述无机磷源为磷酸。
[0013]优选地，在步骤(1)中，所述含铁磷的溶液中的铁磷比为(0.92
‑
1.03)：1；进一步优选地，所述的铁磷比为(0.97
‑
1)：1。
[0014]优选地，在步骤(1)中，所述含铁磷的溶液中铁的质量浓度为35
‑
50g/L溶液，所述磷的质量浓度为20
‑
29g/L。
[0015]优选地，在步骤(2)中，所述反应的温度为50
‑
100℃；进一步优选地，所述反应的温度为70
‑
90℃。反应温度的升高有利于促进磷酸铁的生成，当温度低于50℃，如45℃，将无法生成磷酸铁；当温度过高，则对设备要求过高，且能耗更高。
[0016]优选地，在步骤(2)中，在所述反应的过程中进行搅拌，所述搅拌速度为300
‑
700r/min；进一步优选地，所述搅拌的速度400
‑
600r/min。
[0017]优选地，在步骤(2)中，所述氧化剂为双氧水、氧气、过氧化钠、过硫酸铵中的至少一种；进一步优选地，所述氧化剂为双氧水或氧气。
[0018]优选地，在步骤(2)中，滴加所述氧化剂的速度为20
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80mL/min；滴加剩余含铁磷的溶液的速度为200
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800mL/min；进一步优选地，滴加所述氧化剂的速度为30
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60mL/min；滴加剩余含铁磷的溶液的速度为200
‑
500mL/min。
[0019]优选地，在步骤(2)中，所述沉淀剂的质量占所述部分含铁磷溶液的质量的5
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15％；进一步优选地，在步骤(2)中，所述沉淀剂的质量占所述部分含铁磷溶液的质量的8
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13％。
[0020]优选地，在步骤(2)中，所述的沉淀剂选自石墨、碳纳米管、石墨烯、碳粉、乙炔黑中的至少一种；进一步优选地，所述沉淀剂选自石墨、碳纳米管、碳粉中的至少一种。
[0021]优选地，在步骤(2)中，所述碱液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氨水溶液、碳酸钠溶液中的至少一种；进一步优选地，所述碱液为氢氧化钠溶液和/或氨水溶液。
[0022]优选地，在步骤(2)中，在反应过程中加入碱液控制反应体系的pH值为1.0
‑
2.5。研究发现，当反应体系的pH值升高至1.0
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2.5时，能够进一步增加磷酸铁生成速率，使得磷酸铁生成速率远大于其他杂质(比如S、Ni等)沉淀的速率，从而降低磷酸铁中S的含量。当pH值高于3.0时，将在反应中生成部分氢氧化铁，增加磷酸铁中杂质的含量。
[0023]在步骤(2)中，采用溢流的方式能够实现连续化反应，且使粒度可控制。
[0024]在步骤(3)中，所述陈化的温度为60
‑
100℃，所述陈化的时间为2
‑
20h；进一步优选地，所述陈化的温度为70
‑
90℃，所述陈化的时间为6
‑
10h。
[0025]在步骤(3)中，所述洗涤的过程为洗涤至洗涤滤液的电导率≤500μs/cm；进一步优选地，所述洗涤的过程为洗涤至洗涤滤液的电导率≤200μs/cm。
[0026]在步骤(3)中，优选地，所述脱水的过程为先将洗涤后的磷酸铁滤饼干燥，然后于400
‑
750℃下烧结5
‑
12h；进一步优选地所述脱水的过程为先将洗涤后的磷酸铁滤饼干燥，然后于500
‑
700℃下烧结6
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10h。所述烧结的过程可以在空气气氛、氧气气氛下进行，为了节省成本，优选空气气氛。
[0027]本专利技术第二方面提供了上述连续化制备磷酸铁的方法制备得到的磷酸铁。
[0028]本专利技术第三方面提供了一种磷酸铁锂正极材料。
[0029]具体地，一种磷酸铁锂正极材料，制备所述磷酸铁锂正极材料的原料包括上述磷
酸铁。
[0030]本专利技术第四方面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种连续化制备磷酸铁的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将铁源与无机磷源溶于溶剂中，制得含铁磷的溶液；(2)取部分所述含铁磷的溶液，向其中加入沉淀剂，然后滴加氧化剂和剩余所述含铁磷的溶液进行反应，在反应过程中加入碱液控制反应体系的pH值为0.8
‑
2.8，采用溢流的方式得到磷酸铁浆料；(3)将步骤(2)得到的磷酸铁浆料陈化、固液分离得磷酸铁滤饼，将所述磷酸铁滤饼经洗涤、脱水制得磷酸铁。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述含铁磷的溶液中的铁磷比为(0.92
‑
1.03)：1；优选地，所述的铁磷比为(0.97
‑
1)：1。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述反应的温度为50
‑
100℃。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，滴加所述氧化剂的速度为20
‑
80mL/min，滴加剩余含铁磷的溶液的速度为200
‑
800mL/min；优选地，滴加所述氧化剂的速度为30
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60mL/min，滴加剩余含铁磷的溶液的速度为2...

【专利技术属性】
技术研发人员：李玲，李长东，阮丁山，陈若葵，时振栓，张静静，
申请(专利权)人：湖南邦普循环科技有限公司，
类型：发明
国别省市：