高振实密度磷酸铁及其制备方法、磷酸铁锂技术

本发明专利技术提供了一种高振实密度磷酸铁及其制备方法、磷酸铁锂，涉及磷酸铁制备的技术领域，包括以下步骤：(a)硫酸亚铁溶液与含有双氧水的磷酸盐溶液同时进料至第一反应釜中混合，反应，得到成核的磷酸铁，在进料过程中铁元素与磷元素的摩尔比为1:1，转速为500

【技术实现步骤摘要】
高振实密度磷酸铁及其制备方法、磷酸铁锂


[0001]本专利技术涉及磷酸铁制备的
，尤其是涉及一种高振实密度磷酸铁及其制备方法、磷酸铁锂。

技术介绍

[0002]磷酸铁锂作为重要的锂离子电池正极材料，具有成本低、安全性高以及循环性能好等的优点。作为磷酸铁锂最重要的前驱体，磷酸铁的纯度、粒径分布、铁磷比、形貌以及振实密度等均会对磷酸铁锂的性能产生重要影响。磷酸铁除了需要不断提升性能外，还需要不断降低生产成本。磷酸铁的生产成本主要为原材料和动力两部分，原材料的成本主要是磷酸和双氧水的用量，动力则主要是能耗。
[0003]现有技术中CN108455547B公开了一种低杂质高铁磷比大比表面积电池级磷酸铁的制备方法，先对硫酸亚铁进行除杂，以纯水为底液，同时加入硫酸亚铁、双氧水以及磷酸盐，制备的粗制磷酸铁水洗后加入磷酸，同时加入碱调节PH值，该工艺不仅消耗了过多的磷酸，还加入了碱，因此增加了原材料成本，而且在陈化后引入铵根，容易导致二洗滤饼物相转变，导致烧结过程中容易产生氨味；CN114014290B公开了一种低成本制备稳定磷酸铁的方法及设备，磷源溶液和铁源溶液在三个串联的反应器中连续搅拌反应制得磷酸铁料浆，该工艺采用三个反应器，各反应器的停留时间较短，且温度也不一致，转速越来越高，容易导致搅拌力太大，容易导致已经结晶的颗粒细化、结晶结构不断被破坏、晶格畸变，因此难以制备出粒径可控的稳定产品，且较高的转速导致生产能耗较大；CN11847416B公开了一种钛白副产硫酸亚铁制备水合磷酸铁的方法，钛白副产硫酸亚铁溶于水除杂得到净化液，磷酸盐加入亚铁溶液中，再加入硫酸，再加入氧化剂进行氧化，得到磷酸铁浆料，再经过水洗、烘干，制得高纯度和高振实密度的水合磷酸铁，该工艺的原材料用量大，铁盐和磷盐的同时加入容易导致铁的副产物氢氧化铁及磷酸亚铁，加入氧化剂边氧化边沉淀，成核快，颗粒大小不好控制；CN111153391B公开了一种低硫含量电池级磷酸铁的制备方法，硫酸铁溶液加入到磷酸盐溶液中，在搅拌下加热进行合成反应，压滤漂洗制得磷酸铁，该工艺使用硫酸铁作为铁源，硫酸铁不稳定，将硫酸铁逐步加入到磷酸盐中，磷处于过量状态，硫酸铁中杂质含量高，容易导致产生磷酸盐副产品，而且随着硫酸铁的加入，合成过程的pH一直变化，有高到低，颗粒成核长大在一个不稳定的环境下，导致制备的磷酸铁杂质含量高，颗粒不小波动大。
[0004]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的之一在于提供一种高振实密度磷酸铁的制备方法，不仅能够降低生产成本、提高磷酸铁的得率，而且还能够避免磷酸铁颗粒被分散二次成核和晶体发生畸变的问题，磷酸铁颗粒能够在稳定的环境下均匀生长和形成级配，进而提高振实密度。
[0006]本专利技术的目的之二在于提供一种高振实密度磷酸铁，振实密度能够达到1.25
‑
1.45g/cm3，杂质含量低，适用于生产高压实密度和电性能优异的磷酸铁锂产品。
[0007]本专利技术的目的之三在于提供一种磷酸铁锂，压实密度高，电性能出色，适用于锂离子电池正极材料。
[0008]为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：
[0009]第一方面，一种高振实密度磷酸铁的制备方法，包括以下步骤：
[0010](a)硫酸亚铁溶液与含有双氧水的磷酸盐溶液同时进料至第一反应釜中混合，反应，得到成核的磷酸铁；
[0011]所述进料的过程中铁元素与磷元素的摩尔比为1:1；
[0012]其中，所述混合时的转速为500
‑
600r/min；
[0013](b)所述成核的磷酸铁出料至第二反应釜中进行生长，得到无定型的磷酸铁浆料，后处理，得到所述高振实密度磷酸铁；
[0014]其中，所述生长时的转速为120
‑
150r/min；
[0015]所述第一反应釜与所述第二反应釜的体积比为0.75％
‑
1.5％。
[0016]进一步的，所述硫酸亚铁溶液的亚铁离子浓度为1
‑
1.2mol/L，pH为2.5
‑
3.5；
[0017]优选地，所述磷酸盐溶液中的磷浓度为1.8
‑
2mol/L；
[0018]优选地，所述磷酸盐溶液中的双氧水浓度为1.1
‑
1.2mol/L。
[0019]进一步的，所述硫酸亚铁溶液的配制原料包括钛白粉副产物。
[0020]进一步的，步骤(a)中，所述硫酸亚铁溶液的进料速度为6
‑
8L/min；
[0021]优选地，所述磷酸盐溶液的进料速度为3
‑
4L/min。
[0022]进一步的，所述硫酸亚铁溶液与所述含有双氧水的磷酸盐溶液在进料至第一反应釜中5
‑
10s后开始出料至所述第二反应釜中；
[0023]优选地，所述第一反应釜的体积为3L；
[0024]优选地，所述第二反应釜的体积为300L。
[0025]进一步的，步骤(b)中，所述成核的磷酸铁的出料速度为9
‑
12L/min。
[0026]进一步的，步骤(b)中，所述后处理包括以下步骤：
[0027]无定型的磷酸铁浆料经第一漂洗、浆化、陈化以及第二漂洗，煅烧，得到所述高振实密度磷酸铁。
[0028]第二方面，一种上述任一项所述的制备方法制备得到的高振实密度磷酸铁。
[0029]进一步的，所述高振实密度磷酸铁的振实密度为1.25
‑
1.45g/cm3。
[0030]第三方面，一种磷酸铁锂，主要由上述任一项所述的高振实密度磷酸铁和碳酸锂制备得到。
[0031]与现有技术相比，本专利技术至少具有如下有益效果：
[0032]本专利技术提供的高振实密度磷酸铁的制备方法，铁盐溶液和含双氧水的磷酸盐溶液按照Fe和P摩尔比1:1同时泵入至小体积反应釜中，在特定转速下高速搅拌以将物料迅速混合均匀，期间，磷盐溶液中的双氧水能够快速将二价铁氧化成三价铁，三价铁再与磷酸根结合形成磷酸铁沉淀，从而在高速混合的状态下实现了磷酸铁的快速成核、双氧水分解的量最小、一洗母液中未反应的Fe和P最少以及磷酸铁的得率最高的目的，因为副产物氢氧化铁最少，双氧水的用量和磷酸的消耗量最少，所以原材料成本得以降到最低；成核的磷酸铁输送至大体积反应釜中进行生长，在特定转速下缓和搅拌，能够避免已经成核的颗粒被打散
二次成核(如果此时的转速太高、搅拌太剧烈，则容易造成已经结晶的颗粒细化、结晶结构不断被破坏、晶格畸变，导致难以制备出粒径可控的晶体完整的产品，而且较高的转速会导致较大的生产能耗)，随着小体积反应釜中的物料不断输入至大体积反应釜中，大体积反应釜环境的pH会趋于稳定，因此物料能够在稳定的环境中有序生长，进而随着时间的延长，大小颗粒形成级配，颗粒均匀致密，颗粒与颗粒之间晶界分明，磷酸铁物料的振实密度得以增加；因此，本专利技术提供的制备方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高振实密度磷酸铁的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)硫酸亚铁溶液与含有双氧水的磷酸盐溶液同时进料至第一反应釜中混合，反应，得到成核的磷酸铁；所述进料的过程中铁元素与磷元素的摩尔比为1:1；其中，所述混合时的转速为500
‑
600r/min；(b)所述成核的磷酸铁出料至第二反应釜中进行生长，得到无定型的磷酸铁浆料，后处理，得到所述高振实密度磷酸铁；其中，所述生长时的转速为120
‑
150r/min；所述第一反应釜与所述第二反应釜的体积比为0.75％
‑
1.5％。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硫酸亚铁溶液的亚铁离子浓度为1
‑
1.2mol/L，pH为2.5
‑
3.5；优选地，所述磷酸盐溶液中的磷浓度为1.8
‑
2mol/L；优选地，所述磷酸盐溶液中的双氧水浓度为1.1
‑
1.2mol/L。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硫酸亚铁溶液的配制原料包括钛白粉副产物。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(a)中，所述硫酸亚铁溶液的进料速度为6

【专利技术属性】
技术研发人员：刘世琦，郭米艳，徐善皖，王会，徐鹏，王勤，
申请(专利权)人：湖北万润新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：