[发明专利]一种磷酸锰的制备方法及产品

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，尤其涉及一种在液相体系下氧化-沉淀工艺制备磷酸锰的方法及产品。

背景技术

磷酸锰是一种用途十分广泛的化工原料，主要用于钢铁制品作磷化剂，特别是大型机械设备的磷化处理，可以起到防锈效果，也可用于国防工业中作润滑剂和防护剂。近年来，磷酸锰作为锂离子电池正极材料磷酸锰锂的优质原料，具有重要的应用价值。

目前国内外对于磷酸锰的制备方法研究比较少，现有制备方法主要为：(1)氧化-沉淀法/水热合成法，如公开号为CN101673819A的发明专利公开了一种以磷酸锰制备磷酸锰锂/碳复合材料的方法，在酸性体系中，以锰源和磷源为原料，锰源过量，加入过量氧化剂，搅拌反应0.5～24小时，或在80～200℃水热反应2～72小时，然后通过一系列的洗涤、过滤、烘干、粉碎等工序最终制备得磷酸锰产品；(2)溶剂热合成法，如论文名称为《新型磷酸钛及磷酸锰晶体的溶剂热合成与表征》[D].吉林大学，2003，在正丁醇体系下利用各种有机胺为结构导向剂，制备出一种由氧化锰八面体和磷氧化物形成的层状结构的磷酸锰。

现有水热合成法制备磷酸锰时，所用锰源过量，锰沉淀率只有50％左右，甚至更低，锰源较磷源来说，锰源价格昂贵，锰资源利用率低，生产成本高；氧化-沉淀法制备磷酸锰时，是在单一水相体系下进行的，产品纯度难以控制，结晶水数量不明，粒度分布不均匀，从而影响产品的电性能；溶剂热合成法制备磷酸锰时，反应体系组成复杂，磷酸锰产品成分及结构均复杂，且不易于规模化生产。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种磷酸锰的制备方法，以有机溶剂-去离子水体系代替单一的去离子水体系，控制产品的生成速度和细化产品粒度，得到的产品纯度高，提高锰沉淀率，充分利用锰资源，生产成本低。

本发明采用有机溶剂-去离子水体系下氧化-沉淀工艺，包括步骤如下：

1)、按摩尔比P/Mn为(1～2)：1，分别称取所需的可溶性磷源、锰源化合物，并溶解在去离子水中配置成一定浓度的溶液；

2)、向耐酸反应釜中用计量泵送入锰源溶液，然后加入一定剂量的磷源溶液，搅拌0.5小时；

3)、向耐酸反应釜中用计量泵送入过量的氧化剂，并调节体系的pH值至0～6；

4)、向耐酸反应釜中加入一定剂量的有机溶剂，在30～90℃下以100～600r/min的速度搅拌反应0.5～5小时；

5)、将所得到磷酸锰料浆自然冷却至室温，经水洗、过滤、干燥，得到最终的磷酸锰(MnPO₄·H₂O)产品；

其中去离子水、锰源、磷源、有机溶剂的重量配比为100:1～20:1～30:1～200。

进一步的，所述的可溶性磷源为磷酸、磷酸钠、磷酸钾、磷酸二氢钠、磷酸铵中的一种。

进一步的，所述的可溶性锰源为一水硫酸亚锰、硝酸亚锰、氯化亚锰中的一种。

进一步的，所述的氧化剂为双氧水、过氧化钠、次氯酸钠、臭氧、硝酸、硝酸钠中的一种。

进一步的，所述的有机溶剂为甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、丁醇、丙酮中的一种，可以控制沉淀物的生成速度和细化产品粒度。

进一步的，所述的体系pH值调整剂为硝酸、氢氧化钠中的至少一种。

本发明的制备方法得到的磷酸锰(MnPO₄·H₂O)，磷酸锰为墨绿色晶型粉末，产品纯度高，粒度分布均匀，平均粒度在1μm以下，形貌为片状。

本发明的制备方法与现有的磷酸锰制备方法相比，具有以下特点：(1)所用磷源过量，摩尔比P/Mn为(1～2)：1，锰沉淀率达99％以上，充分利用锰资源；(2)此方法以有机溶剂-去离子水体系代替单一的去离子水体系，通过控制有机溶剂的加料量及速度，控制产品的生成速度和细化产品粒度，得到的产品纯度高，其中Mn含量大于32％，P含量在18～19％，主要杂质含量S小于0.5％，Na小于0.02％；粒度分布均匀，平均粒度小于1μm；(3)制备所得的磷酸锰产品，锰的化合价态为正三价，带一个结晶水，化学组成为MnPO₄·H₂O；(4)此方法制备的磷酸锰成品为单斜晶型，一次颗粒呈片状。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是本发明磷酸锰产品(MnPO₄·H₂O)的X射线衍射谱图；