【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂离子电池正极材料磷酸铁材料制备，具体涉及一种低品质磷源制备电池级磷酸铁的方法。
技术介绍
1、随着新能源汽车渗透率不断提高，动力及储能电池行业也迎来了飞速发展。常见的电池类型包括三元锂、磷酸铁锂、钴酸锂以及锰酸锂电池等。其中磷酸铁锂电池凭借着安全性能高、循环寿命长、污染小、成本低等优点在市场占有率上反超三元锂电池，成为目前动力及储能电池的首选。磷酸铁锂正极材料作为动力及储能电池的重要组成部分，在技术迭代、原材料价格波动等多重因素影响下，呈现多技术路线并行发展态势。目前工业上磷酸铁锂的制备，主要包括四种工艺路线：草酸亚铁工艺、铁红工艺、全湿法工艺和固相法磷酸铁工艺。在以上方法中，固相法磷酸铁工艺由于其工艺简单、反应条件更宽松、可控性更强、原材料利用率高、重复性好等优势，已逐渐发展为最主流的磷酸铁锂生产工艺之一。
2、目前工业上磷酸铁制备工艺主要包括铵法、钠法以及铁法等。以上工艺的原料构成主要包括，铁源：硫酸亚铁、氯化铁、草酸亚铁、铁粉；磷源：工业磷酸、食品级磷酸、磷酸一铵、磷酸二铵；氧化剂：双氧水、氧气；沉淀剂：氨水、氢氧化钠。其中磷源占磷酸铁中最大的原材料成本构成，占原材料成本约62%，占总成本约36%。因此目前降低磷酸铁生产成本的方法主要为利用低品质的磷源和铁源，经过处理后再制备磷酸铁。如cn 108455547 a公开了一种低杂质高铁磷比大比表电池级磷酸铁的制备方法，在低温下去除硫酸亚铁中锰与镁金属离子杂质后再与磷酸盐和双氧水反应制备磷酸铁。袁文龙等将钛白副产物硫酸亚铁中锰离子去除后作为铁源，合成
3、现有技术中对磷酸的净化除杂一般采用加入碱性除杂剂生成磷酸盐沉淀，从而将磷与杂质分离，但是这种方法磷的损失较大，且由于金属杂质离子沉淀速率十分缓慢，在过滤后随着时间的推移，会持续析出沉淀，不利于工业化长时间储存，同时也会影响磷酸铁的纯度。因此如何快速、高效的对低品质磷源进行除杂净化，已经成为制约降低磷酸铁生产成本的主要因素之一。
技术实现思路
1、针对上述技术问题，本专利技术提供一种低品质磷源制备电池级磷酸铁的方法，对低品质磷源进行净化除杂，与硫酸亚铁制备得到高品质磷酸铁，降低生产成本。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供一种低品质磷源制备电池级磷酸铁的方法，包括以下步骤：
3、（1）制备净化硫酸亚铁：将钛白粉副产硫酸亚铁加水高温溶解得到硫酸亚铁溶液，然后加入铁粉，反应结束后加入絮凝剂，混合均匀后过滤得到净化硫酸亚铁溶液；
4、（2）磷源预处理：将低品质磷源过滤，向滤液中加入ph调节剂和双功能除杂剂；反应后过滤得到磷源溶液；
5、（3）制备二水磷酸铁：向步骤（1）制备得到的净化硫酸亚铁溶液中加入步骤（2）得到的磷源溶液，然后依次按照20~60 min的进料时间，加入氧化剂和沉淀剂，溶液ph值调节至1-3，继续反应60-70min后经压滤得到滤饼；
6、（4）滤饼经一次洗涤至洗水电导率为1.0~3.0 ms/cm，得到无定形磷酸铁滤饼，将无定形磷酸铁滤饼加去离子水浆化，得到固含量为5-15%的浆料，调整ph值为1.4-1.9后，升温至85-95℃保温50-120min进行晶化，最后过滤并二洗至滤饼洗水电导率为0.1~0.5 ms/cm，得到二水磷酸铁；
7、（4）将二水磷酸铁烘干、煅烧得到电池级磷酸铁。
8、优选的，步骤（1）所述硫酸亚铁溶液中fe2+离子浓度为60~80 g/l；所述铁粉的用量为硫酸亚铁质量的1%-3%；絮凝剂的用量为硫酸亚铁质量的0.1‰-0.4‰。
9、优选的，步骤（1）中反应结束时溶液的ph值为3.0-4.0。
10、进一步优选的，所述絮凝剂为聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、聚二甲基二烯丙基氯化铵、聚乙烯亚胺、聚乙烯吡啶盐和羧甲基纤维素钠中的任一种。
11、优选的，步骤（2）所述低品质磷源中磷的质量分数为5-9%，al含量为3000-10000ppm；所述ph调节剂为0.3mol/l naoh溶液、25wt%氨水、30wt%尿素溶液、0.3mol/l koh溶液中的任一种。
12、优选的，所述双功能除杂剂的制备方法为将絮凝剂和络合剂与水混合溶解，加入交联剂，混合均匀即可。
13、进一步优选的，絮凝剂、络合剂、水和交联剂的质量比为0.8-1：0.8-1：2：0.05。
14、更进一步优选的，所述絮凝剂为聚合氯化铁或聚丙烯酰胺；所述络合剂为edta、edta-2na、焦磷酸钠、三聚磷酸钠和柠檬酸钠中的任一种；所述交联剂为苯乙烯。
15、优选的，步骤（3）所述净化硫酸亚铁溶液的亚铁离子和磷源溶液的磷元素的摩尔比为1:1.05~0.95；氧化剂和亚铁离子的摩尔比为0.5~0.75：1；沉淀剂和磷源溶液中磷元素的摩尔比为1.5~2.0:1。
16、进一步优选的，所述氧化剂为25wt%双氧水、氧气、0.1mol/l硝酸和0.1mol/l过硫酸钠溶液中的任一种；沉淀剂为0.1mol/l naoh溶液、25wt%氨水、30wt%尿素溶液、0.1mol/lkoh溶液中的任一种。
17、优选的，步骤（3）所述反应温度为20-50℃，反应ph值为1-3，反应搅拌速度为300-600rpm。
18、优选的，步骤（4）所述的烘干温度为80-130℃，烘干时间为10-15h；所述煅烧温度为550-750℃，煅烧时间为3-5h。
19、本专利技术的有益效果在于：
20、1、利用絮凝剂、络合剂、水和交联剂制备得到了双功能除杂剂，其具有三维网状结构，可以提供大量络合离子，强烈吸附胶体微粒，通过粘附、架桥和交联作用，从而促使胶体凝聚去除低品质磷源中绝大部分杂质金属离子，同时对低品质品源进行升温，不仅能加快金属杂质离子的沉淀速度、提高沉淀析出率，还可以有效避免低品质磷源在过滤之后持续析出沉淀，影响工业化存储。
21、2、以钛白粉工业副产物硫酸亚铁，通过加入铁粉置换、絮凝剂絮凝，对硫酸亚铁进行进一步净化后再作为铁源，降低了无水磷酸铁中杂质的含量。
22、3、利用低品质磷源、工业副产物硫酸亚铁制备电池级磷酸铁，具有高纯度、高收率、高振实密度、低杂质含量的优点，同时大大降低了反应成本和工业废弃物的处理难度。
23、4、低品质磷源的除杂工艺路线简单，对常规设备有较好的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种低品质磷源制备电池级磷酸铁的方法，其特征在于：包括以下步骤：
2. 根据权利要求1所述的一种低品质磷源制备电池级磷酸铁的方法，其特征在于：步骤（1）所述硫酸亚铁溶液中Fe2+离子浓度为60~80 g/L；所述铁粉的用量为硫酸亚铁质量的1%-3%；絮凝剂的用量为硫酸亚铁质量的0.1‰-0.4‰。
3.根据权利要求2所述的一种低品质磷源制备电池级磷酸铁的方法，其特征在于：所述絮凝剂为聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、聚二甲基二烯丙基氯化铵、聚乙烯亚胺、聚乙烯吡啶盐和羧甲基纤维素钠中的任一种。
4.根据权利要求1所述的一种低品质磷源制备电池级磷酸铁的方法，其特征在于：步骤（2）所述低品质磷源中磷的质量分数为5-9%，Al含量为3000-10000ppm；所述pH调节剂为NaOH溶液、氨水、尿素、KOH溶液中的任一种。
5.根据权利要求1所述的一种低品质磷源制备电池级磷酸铁的方法，其特征在于：所述双功能除杂剂的制备方法为将絮凝剂和络合剂与水混合溶解，加入交联剂，混合均匀即可。
6.根据权利要求5所述的一种低品质磷源制备电池级磷酸铁
7.根据权利要求5所述的一种低品质磷源制备电池级磷酸铁的方法，其特征在于：所述絮凝剂为聚合氯化铁或聚丙烯酰胺；所述络合剂为EDTA、EDTA-2Na、焦磷酸钠、三聚磷酸钠、柠檬酸钠中的任一种；所述交联剂为苯乙烯。
8.根据权利要求1所述的一种低品质磷源制备电池级磷酸铁的方法，其特征在于：步骤（3）所述净化硫酸亚铁溶液的亚铁离子和磷源溶液的磷元素的摩尔比为1:1.05~0.95；氧化剂和亚铁离子的摩尔比为0.5~0.75：1；沉淀剂和磷源溶液中磷元素的摩尔比为1.5~2.0:1。
9.根据权利要求8所述的一种低品质磷源制备电池级磷酸铁的方法，其特征在于：所述氧化剂为双氧水、氧气、硝酸和过硫酸钠中的任一种；沉淀剂为NaOH溶液、氨水、尿素、KOH溶液中的任一种。
10.根据权利要求1所述的一种低品质磷源制备电池级磷酸铁的方法，其特征在于：步骤（4）所述的烘干温度为80-130℃，烘干时间为10-15h；所述煅烧温度为550-750℃，煅烧时间为3-5h。
...【技术特征摘要】
1.一种低品质磷源制备电池级磷酸铁的方法，其特征在于：包括以下步骤：
2. 根据权利要求1所述的一种低品质磷源制备电池级磷酸铁的方法，其特征在于：步骤（1）所述硫酸亚铁溶液中fe2+离子浓度为60~80 g/l；所述铁粉的用量为硫酸亚铁质量的1%-3%；絮凝剂的用量为硫酸亚铁质量的0.1‰-0.4‰。
3.根据权利要求2所述的一种低品质磷源制备电池级磷酸铁的方法，其特征在于：所述絮凝剂为聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、聚二甲基二烯丙基氯化铵、聚乙烯亚胺、聚乙烯吡啶盐和羧甲基纤维素钠中的任一种。
4.根据权利要求1所述的一种低品质磷源制备电池级磷酸铁的方法，其特征在于：步骤（2）所述低品质磷源中磷的质量分数为5-9%，al含量为3000-10000ppm；所述ph调节剂为naoh溶液、氨水、尿素、koh溶液中的任一种。
5.根据权利要求1所述的一种低品质磷源制备电池级磷酸铁的方法，其特征在于：所述双功能除杂剂的制备方法为将絮凝剂和络合剂与水混合溶解，加入交联剂，混合均匀即可。
6.根据权利要求5所述的一种低品质磷源制备电池级磷酸铁的方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：王浩伟，覃海权，林立，王杰，刘畅，沈维云，郑磊，
申请(专利权)人：宜都兴发化工有限公司，
类型：发明
国别省市：
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