一种无水磷酸铁及其制备方法与磷酸铁锂正极材料技术

本发明专利技术公开了一种无水磷酸铁及其制备方法与磷酸铁锂正极材料，属于锂电池材料技术领域。该无水磷酸铁的制备包括以下步骤：将磷铁溶液与碱溶液的混合液于80

【技术实现步骤摘要】
一种无水磷酸铁及其制备方法与磷酸铁锂正极材料


[0001]本专利技术涉及锂电池材料
，具体而言，涉及一种无水磷酸铁及其制备方法与磷酸铁锂正极材料。

技术介绍

[0002]电动汽车的安全性日益受到人们关注，作为电动汽车的核心部件——动力电池，其安全性的指标直接成为人们购买电动汽车的关键指标。
[0003]磷酸铁锂电池以其具有较高的安全性和低廉的价格优势，成为目前最具应用潜力的动力电池之一。作为制造磷酸铁锂电池正极材料的重要前驱体——磷酸铁，因其制备磷酸铁锂的烧成率高、低温性能好，使其对应的市场占有率也在不断提升。
[0004]磷酸铁性能的好坏直接影响了磷酸铁锂产品性能的优劣，磷酸铁占到磷酸铁锂成本的50％左右，因此，制备性能良好且经济的电池级磷酸铁是磷酸铁锂电池的关键。
[0005]在磷酸铁的性能指标中，良好的加工性也是影响磷酸铁应用领域的重要方面，具有良好流动性的磷酸铁产品，其加工性能也更为优越。
[0006]但目前，磷酸铁产品的研究中，关于其流动性方面的内容仍未引起足够的重视。
[0007]鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的之一在于提供一种无水磷酸铁的制备方法，该方法简单，操作容易，能够制备得到具有较小休止角且大小均一的无水磷酸铁，该无水磷酸铁的流动性、加工性能以及压实密度均较佳。
[0009]本专利技术的目的之二在于提供一种由上述制备方法制备得到的无水磷酸铁。
[0010]本专利技术的目的之三在于提供一种由上述无水磷酸铁制备得到的磷酸铁锂正极材料。
[0011]本申请可这样实现：
[0012]第一方面，本申请提供一种无水磷酸铁的制备方法，其包括以下步骤：
[0013]将磷铁溶液与碱溶液的混合液于80
‑
90℃的条件下反应20
‑
60min，得到反应液；
[0014]将反应液于20min内降温至低于50℃，随后将反应所得的固体进行焙烧。
[0015]在可选的实施方式中，磷铁溶液和碱溶液在100
‑
200r/min的搅拌速度下反应。
[0016]在可选的实施方式中，磷铁溶液和碱溶液的混合液的pH值为2
‑
3。
[0017]在可选的实施方式中，反应是于管式反应器内进行。
[0018]在可选的实施方式中，管式反应器的入口处连接有具有夹套结构的进料管。
[0019]在可选的实施方式中，反应液经进料管预热至40
‑
50℃后再进入管式反应器内反应。
[0020]在可选的实施方式中，降温是于急冷装置中进行。
[0021]在可选的实施方式中，急冷装置包括急冷罐、急冷槽或管式反应混合器。
[0022]在可选的实施方式中，降温采用边出料边冷却的方式进行。
[0023]在可选的实施方式中，降温所用的冷却液为低温纯水或其它批次无水磷酸铁制备过程中洗涤后所剩的母液洗涤水。
[0024]在可选的实施方式中，磷铁溶液的制备包括：混合铁源、磷源和强无机酸。
[0025]在可选的实施方式中，磷铁溶液中，铁元素与磷元素的摩尔比为0.9
‑
1.3:1。
[0026]在可选的实施方式中，磷铁溶液中，铁离子的浓度为0.7
‑
1.5mol/L。
[0027]在可选的实施方式中，磷铁溶液的pH值小于1。
[0028]在可选的实施方式中，铁源包括氧化铁、氯化铁和硝酸铁中的至少一种。
[0029]在可选的实施方式中，磷源包括磷酸和磷酸二氢盐中的至少一种。
[0030]在可选的实施方式中，强无机酸包括盐酸、硫酸、硝酸和磷酸中的至少一种。
[0031]在可选的实施方式中，磷铁溶液的pH值通过盐酸和/或硝酸调节。
[0032]在可选的实施方式中，碱溶液包括氢氧化钠溶液和氢氧化钾溶液中的至少一种。
[0033]在可选的实施方式中，碱溶液为氢氧化钠溶液。
[0034]在可选的实施方式中，氢氧化钠溶液的浓度为1
‑
3mol/L。
[0035]在可选的实施方式中，焙烧前，将反应所得的产物进行洗涤，将洗涤后的固体进行干燥。
[0036]在可选的实施方式中，洗涤所用的洗涤液的温度不超过60℃。
[0037]在可选的实施方式中，洗涤所用的洗涤液的温度不超过50℃。
[0038]在可选的实施方式中，干燥温度为100
‑
150℃，和/或，干燥时间为30
‑
120min。
[0039]在可选的实施方式中，焙烧温度为500
‑
600℃，和/或，焙烧时间不超过3.5h。
[0040]第二方面，本申请提供一种无水磷酸铁，其经前述实施方式任一项的制备方法制备而得。
[0041]在可选的实施方式中，无水磷酸铁的休止角不超过30
°
。
[0042]第三方面，本申请提供一种磷酸铁锂正极材料，其前驱体为前述实施方式的无水磷酸铁。
[0043]本申请的有益效果包括：
[0044]本申请通过使磷铁溶液与碱溶液的混合液在80
‑
90℃的条件下反应20
‑
60min，可提高物质的反应速率，以迅速生成磷酸铁，并且上述反应温度和时间利于将晶体形貌控制在较佳状态。反应后，通过将反应液急速冷却，一方面有利于消除不良副产物反应，另一方面有利于提高结晶产物颗粒的均匀一致性，消除晶粒表面应力，使其紧密不易裂纹，进而有利于在焙烧后获得具有优良流动性的无水磷酸铁材料。
[0045]上述急速冷却的主要作用在于使反应过程快速一致结束，有效终止不利次级反应的发生。常规制备磷酸铁方法为自然降温，物料所处环境变化差异性增加，在余热的作用下会发生次级反应，在已生成物料表面形成随机沉积，引起成品物料表面差异较大，造成成品流动性变差，而急速冷却保证了反应后物料颗粒的一致性。
[0046]进一步地，冷却液优选采用上批固液分离后的母液洗涤水，既有改善产物颗粒表面性能的作用，也节省了用水量。该方式能够改善材料表面性能的原因在于：母液洗涤水中含有少量微小晶粒，在与产品料液混合降温的较低温度下，对反应后的晶体表面存在的少量微小缺陷具有一定的修复作用。
[0047]本申请提供的无水磷酸铁的制备方法简单，操作容易，能够制备得到具有较小休止角且大小均一的无水磷酸铁，该无水磷酸铁流动性、加工性能以及压实密度均较佳，有利于提高后续制备所得的磷酸铁锂正极材料的加工性能和电化学性能。
附图说明
[0048]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无水磷酸铁的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将磷铁溶液与碱溶液的混合液于80
‑
90℃的条件下反应20
‑
60min，得到反应液；将所述反应液于20min内降温至低于50℃，随后将反应所得的固体进行焙烧。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述磷铁溶液和所述碱溶液在100
‑
200r/min的搅拌速度下反应；优选地，所述磷铁溶液和所述碱溶液的混合液的pH值为2
‑
3；优选地，反应是于管式反应器内进行；优选地，管式反应器的入口连接有具有夹套结构的进料管；优选地，反应液经进料管预热至40
‑
50℃后再进入管式反应器内反应。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，降温是于急冷装置中进行；优选地，所述急冷装置包括急冷罐、急冷槽或管式反应混合器；优选地，降温采用边出料边冷却的方式进行；优选地，降温所用的冷却液为低温纯水或其它批次无水磷酸铁制备过程中洗涤后所剩的母液洗涤水。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述磷铁溶液的制备包括：混合铁源、磷源和强无机酸；优选地，所述磷铁溶液中，铁元素与磷元素的摩尔比为0.9
‑
1.3:1；优选地，所述磷铁溶液中，铁离子的浓度为0.7
‑
1.5mol/L...

【专利技术属性】
技术研发人员：周景龙，唐盛贺，王致富，王皓，李长东，
申请(专利权)人：广东邦普循环科技有限公司湖南邦普循环科技有限公司，
类型：发明
国别省市：