一种制备磷酸铁和正极材料的方法技术

本发明专利技术涉及新能源技术领域，具体涉及一种制备磷酸铁和正极材料的方法。采用炭素填料柱纯化去除重金属离子，采用加压烧结炉获得晶体分布均匀、颗粒小、振实密度大、纯度高的炭复合磷酸铁锂正极材料。磷酸铁锂正极材料。磷酸铁锂正极材料。

【技术实现步骤摘要】
一种制备磷酸铁和正极材料的方法


[0001]本专利技术涉及新能源
，具体涉及一种制备磷酸铁和正极材料的方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池正在向型号多样化、高性能、低成本、更安全的方向发展，其应用领域正在进一步拓宽，用于新能源汽车的锂离子电池随着单电池容量的大幅度增加和电池串联级数的提高，锂离子电池的安全性问题变得尤为突出，磷酸铁锂作为一种新型的锂离子电池正极材料，具有价格低廉，资源丰富，安全性好、循环更稳定等优点，受到新能源汽车的带动，磷酸铁和正极材料需求量持续增长。中国专利技术专利(专利号为202111171957.9，专利名称为一种高压实密度磷酸铁锂正极材料及正极极片)公开了一种高压实密度磷酸铁锂正极材料及正极极片，其特征在于：通过锂源、磷源、铁源制备磷酸铁锂材料；将所述磷酸铁锂材料和碳源混合，经二次烧结以制备补碳的磷酸铁锂材料；将所述补碳的磷酸铁锂材料进行气流粉碎，以制备高压实密度磷酸铁锂材料。所述碳源为葡萄糖，在所述二次烧结前，所述制备方法还包括：称取45g～55g的所述磷酸铁锂材料，加入所述磷酸铁锂材料重量的5.5％～6.5％的葡萄糖，加入所述磷酸铁锂材料和所述葡萄糖的总重量的1/2的无水乙醇，将所述磷酸铁锂材料、所述葡萄糖和所述无水乙醇置于行星式球磨机中球磨25min～35min，使其混合均匀。将混合均匀后的混合物进行烘干，对烘干后的混合物进行过筛，获得补碳粉体。所述对烘干后的混合物进行过筛的方法包括：使用具有第一孔径的过筛装置对烘干后的混合物进行第一次过筛，获得分离后的磨球和补碳颗粒；使用具有第二孔径的过筛装置对所述补碳颗粒进行第二次过筛，获得补碳粉体；其中，进行第二次过筛时，使用辅助过筛工具将块状的所述补碳颗粒拍散，以使所述补碳粉体通过筛网。所述二次烧结的方法包括：将所述补碳粉体置于管式炉中，在氮气气氛下以恒定5℃/min～10℃/min升温至695℃～705℃，恒温3h～10h后，自然冷却所述补碳粉体，获得所述补碳的碳酸铁锂材料。所述制备方法还包括：将所述补碳的磷酸铁锂材料在空气压力值0.5Mpa～0.8Mpa的条件下进行气流粉碎，获得高压实密度磷酸铁锂材料。通过所述锂源、所述磷源、所述铁源制备所述磷酸铁锂材料的方法包括：将所述锂源、所述磷源、所述铁源按照摩尔比1:1.02进行混合，加入所述锂源、所述磷源和所述铁源总重量6.5％～7.5％的聚乙二醇；将所述锂源、所述磷源、所述铁源、所述聚乙二醇混合均匀，进行干燥处理，获得磷酸铁锂前驱体粉体。所述制备磷酸铁锂材料的方法包括：将所述磷酸铁锂前驱体粉体放置于管式炉中，在氮气气氛下以恒定5℃/min～10℃/min升温至695℃～705℃，恒温3h～10h，自然冷却所述磷酸铁锂前驱体粉体，获得所述磷酸铁锂材料。
[0003]现有技术制备磷酸铁锂的铁源及磷源均含有As
3+
、Pb
2+
、Hg
2+
、Cd
3+
、Cr
6+
、Cr
3+
等重金属离子，而锂离子电池用炭复合磷酸铁锂正极材料对上述重金属离子含量有严格的限制，必须通过高纯分离工艺过程获取高纯磷酸铁。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种制备磷酸铁和正极材料的方法，其特征是：步骤一，纯化，铁源选择钛白粉副产品硫酸亚铁粉末，将硫酸亚铁与蒸馏水混合加热至75～80℃，硫酸亚铁全部溶解，在氧化剂H2O2存在下加入Na2S去除重金属离子，主要反应：Hg
2+
+2S2‑
＝2HgS
↓
，2As
3+
+3S2‑
＝2As2S3↓
，Cd 2+
+S2‑
＝CdS
↓
,Pb 2+
+S2‑
＝CdS
↓
，Cr n+
+S
m
‑
＝Cd
m
S
n
↓
，由于上述重金属离子形成的硫化物沉淀晶粒粒径较小，极限沉降速度较小，并在热水中形成胶体，沉淀过滤分离困难；设计炭素填料柱将重金属硫化物结晶粒分离，炭素填料的制备方法：将沥青、焦炭等炭素原料粉碎，加热至600℃高温急剧膨胀，其挥发分抽离燃烧后粉碎分级为100～300目获得的一种填料，它的压缩性好，比表面积大，可耐高温酸碱溶液，化学稳定性好，炭素填料柱包括：尾气排放口、溢流管、炭素填料、柱体、进料口、冲洗排尽口，料液从进料口输入逆流而上，盐析出来的重金属硫化物晶体颗粒与胶体形成大的絮团被炭素填料吸附，以架桥方式在炭素填料表面形成初始层，其形成孔隙通道比炭素填料颗粒间的孔隙更小，能截留更小的晶体颗粒与胶体，因此其后沉积的晶体颗粒与胶体逐渐在初始层上长大，形成一定厚度的滤层，硫酸亚铁溶液经炭素填料后通过溢流管输出，产生的H2S气体从尾气排放口排出，炭素填料用硫酸洗涤活化再生；磷源选择湿法磷酸，P2O5含量20～25％，纯化工艺过程同上，纯化后的磷酸加热浓缩至P2O5含量85％。
[0005]步骤二，制备磷酸铁，将纯化后的硫酸亚铁加入带搅拌的反应釜，搅拌中加入纯化浓磷酸，再加入纯化的氯酸钠溶液，于80～85℃进行反应30min，再缓慢加入食用烧碱溶液，调整PH值为6，使磷酸铁沉淀析出，经过滤干燥，获得磷酸铁成品，主要反应：6FeSO4+6H3PO4+NaClO3+12NaOH＝6FePO4·
2H2O
↓
+6NaSO4+NaCl+13H2O。
[0006]步骤三，混合研磨，碳酸锂、磷酸铁在120℃条件下烘干脱水，脱水后的碳酸锂、磷酸铁按质量分数Li含量4.4％、Fe含量35％、P含量20％混合，由于Fe
3+
极易水解，为防止铁离子溶出，分散剂采用聚乙二醇400，碳酸锂、磷酸铁、聚乙二醇400混合后送入球磨机研磨1～2h，研磨后取样测量晶体粒度分布、长径比、圆度、最大粒径，晶体粒度分布应符合正态分布，晶体颗粒形态应为类球状，最大粒径≤15μm；采用无水乙醇清洗球磨机内物料一同转入分散机，搅拌分散10min，无水乙醇与聚乙二醇400质量分数应为2:1,物料应为流动性较好的胶状物料。
[0007]步骤四，喷雾干燥造粒，调节输送泵的压力、流量大小，将搅拌分散好的胶状物料，经塔体顶部的高速离心雾化器，形成极细微的雾状液珠，与净化过的热空气并流接触在极短的时间内完成干燥，热空气进口温度220
±
20℃，出口温度110
±
10℃，颗粒物随热空气呈螺旋向下流动，物料由干燥塔底部进入旋风分离器中分离收集，物料固体颗粒物含量为15％～30％，取样检测碳含量，碳含量应为碳酸锂、磷酸铁混合物的5～10％，尾气由引风机导入洗涤塔回收分散剂，尾气出口温度110
±
10℃。
[0008]步骤五，加压烧结，磷酸铁锂属于正交晶系，具有一维嵌锂通道，锂离子可在晶格内可逆脱嵌，磷酸铁锂压实密度与理论比容量有正关系，当磷酸铁锂压实密度2.5～2.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备磷酸铁和正极材料的方法，其特征是：步骤一，纯化，铁源选择钛白粉副产品硫酸亚铁粉末，将硫酸亚铁与蒸馏水混合加热至75～80℃，硫酸亚铁全部溶解，在氧化剂H2O2存在下加入Na2S去除重金属离子，主要反应：Hg
2+
+2S2‑
＝2HgS
↓
，2As
3+
+3S2‑
＝2As2S3↓
，Cd
2+
+S2‑
＝CdS
↓
,Pb
2+
+S2‑
＝CdS
↓
，Cr
n+
+S
m
‑
＝Cd
m
S
n
↓
，炭素填料柱包括：尾气排放口、溢流管、炭素填料、柱体、进料口、冲洗排尽口，料液从进料口输入逆流而上，硫酸亚铁溶液经炭素填料后通过溢流管输出，产生的H2S气体从尾气排放口排出，炭素填料用硫酸洗涤活化再生；磷源选择湿法磷酸，P2O5含量20～25％，纯化工艺过程同上，纯化后的磷酸加热浓缩至P2O5含量85％；步骤二，制备磷酸铁，将纯化后的硫酸亚铁加入带搅拌的反应釜，搅拌中加入纯化浓磷酸，再加入纯化的氯酸钠溶液，于80～85℃进行反应30min，再缓慢加入食用烧碱溶液，调整PH值为6，使磷酸铁沉淀析出，经过滤干燥，获得磷酸铁成品，主要反应：6FeSO4+6H3PO4+NaClO3+12NaOH＝6FePO4·
2H2O
↓
+6NaSO4+NaCl+13H2O；步骤三，混合研磨，碳酸锂、磷酸铁在120℃条件下烘干脱水，脱水后的碳酸锂、磷酸铁按质量分数Li含量4.4％、Fe含量35％、P含量20％混合，由于Fe
3+
极易水解，为防止铁离子溶出，分散剂采用聚乙二醇400，碳酸锂、磷酸铁、聚乙二醇400混合后送入球磨机研磨1～2h，研磨后取样测量晶体粒度分布、长径比、圆度、最大粒径，晶体粒度分布应符合正态分布，晶体颗粒形态应为类球状，最大粒径≤15μm；采用无水乙醇清洗球磨机内物料一同转入分散机，搅拌分散10min，无水乙醇与聚乙二醇400质量分数应为2:1,物料应为流动性较好的胶状物料；步骤四，喷雾干燥造粒，调节输送泵的压力、流量大小，将搅拌分散好的胶状物料，经塔体顶部的高速离心雾化器，形成极细微的雾状液珠，与净化过的热空气并流接触在极短的时间内完成干燥，热空气进口温度220
±
20℃，出口温度110
±
10℃，颗粒物随热...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海艳，马磊，蒋永金，梁馨亓，郭正仙，王俊猛，王祥碧，武玉蓉，王照清，
申请(专利权)人：贵州胜威化工新材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：