[发明专利]一种以钢铁冶金尘泥为主要原料制备多元掺杂磷酸铁锂的方法

说明书

技术领域：

本发明属于锂离子电池正极材料制备技术领域，具体涉及一种以钢铁冶金尘泥为主要原 料制备多元掺杂磷酸铁锂的方法。

背景技术：

磷酸铁锂(LiFePO₄)因具有成本相对低、对环境友好、安全性高、充放电比容量高和循 环寿命长等优点，是目前公认的高容量绿色动力锂离子电池方面最具前景的正极材料。但未 经掺杂的LiFePO₄的电导率很低(为10^-9S·cm^-1)，无法直接作为储能材料应用。目前改善 LiFePO₄导电性的常用方法是C包覆，但这种方法只能提高粉体粒子表面导电性，为获得更 好的电极反应动力学性能，通常采用元素掺杂的方法改善LiFePO₄本体导电性。据文献报道， Al、Co、Mn、Cr、Ti、Mo、Ni、Zn等元素分别掺杂或多元掺杂都能够显著提高LiFePO₄的 电化学循环性能。经检索，目前国内外基于试验研究和商业化的LiFePO₄都是以化学试剂为 原材料制备的，基于钢铁冶金尘泥制备LiFePO₄的技术尚未见报道。

钢铁冶金尘泥包括高炉瓦斯灰(泥)、转炉污泥和电(转)炉除尘灰等，它们主要产生于钢铁 冶炼各工艺的除尘和废水治理工序，其中含有30～70wt％的Fe、～8wt％的Zn和多种有价金 属(如Cr、Ni、Mo、V、Mn、Al、Ti等)，是一种价值很高的冶金二次资源。这些收集到的 冶金尘泥如果利用不当，不仅浪费了宝贵的二次资源，其再次排放仍会造成严重的环境污染。 鉴于钢铁冶金尘泥产量大、含铁量高，目前最普遍的利用途径是经高温脱锌处理后返回钢铁 生产工序。然而，由于各种冶金尘泥产生的条件不同，其成分和特性差异极大，大量返回钢 铁生产不仅带来配料困难，而且导致有害元素恶性循环富集。另外，这种利用方式未能物尽 其用地利用该类尘泥中宝贵的微量元素资源，使之处于低附加值利用层次。

钢铁冶金尘泥中含有的Fe、Cr、Ni、Mo、V、Mn、Al、Ti等正是制备LiFePO₄所需的 主体元素和掺杂元素。这些元素在尘泥中均以氧化物形式存在并与Fe伴生，可以通过还原的 方法在尘泥中形成新的Fe基多元合金相，而且其在尘泥组织中的走向、转移速度等动力学行 为受相应的物理化学条件支配，Fe基多元合金相的成分是可控的。此外，尘泥中的Fe和其 它作为掺杂元素的量比满足LiFePO₄对掺杂元素量的要求。因此，钢铁冶金尘泥具备元素提 取、分离并用以制备多元掺杂LiFePO₄的基础。

发明内容：

本发明的目的是提供一种以钢铁冶金尘泥为主要原料制备多元掺杂磷酸铁锂的方法，该 方法的特征是以钢铁冶金尘泥提取物为Fe源和多种掺杂元素源制备多元掺杂磷酸铁锂，其化 学式为其中M为Li位多元掺杂元素，m是元素M的化学价，x是其摩 尔数；N为Fe位掺杂元素，n是元素N的化学价，y是其摩尔数。

本发明方法的具体步骤如下：

1、用还原剂对钢铁冶金尘泥进行还原处理，促使尘泥中形成一定尺寸的含有多种掺杂元 素的Fe基多元合金相，用磁选方法将Fe基多元合金相从钢铁冶金尘泥中分离出来；

2、将所述被分离出的Fe基多元合金相氧化，得到Fe和多种掺杂元素的复合氧化物，即 制备多元掺杂磷酸铁锂的Fe源、多种掺杂元素源，对得到的上述复合氧 化物进行成分测定；

3、用磷源材料NH₄H₂PO₄或(NH₄)₂HPO₄、锂源材料LiOH·2H₂O或Li₂O或Li₂C₂O₄； 或用磷锂源材料LiH₂PO₄对得到的Fe源、多种掺杂元素源进行磷、锂配平，根据化学式 使得到制备 的前躯体；