[发明专利]一种利用铁屑连续制备低成本电池级正磷酸铁的方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米新能源材料领域，特别涉及一种利用铁屑连续制备低成本电池级正磷酸铁的新方法。

背景技术

锂离子电池用于电动汽车技术已较为成熟，得到业界认可。近年来磷酸亚铁锂作为电动汽车用锂电池的正极材料已成定局，特别是2015年底工信部“重审”车用三原电池安全性的征求意见一出，磷酸亚铁锂更奠定了其车用电池霸主地位。大量电池企业转向磷酸亚铁锂电池生产和研发，使得磷酸亚铁锂正极材料的需求量暴涨，一度出现供不应求的局面；随之而来的是电池级正磷酸铁的疯狂抢购。电池级正磷酸铁是生产磷酸亚铁锂材料的主要原料，不论从成本和性能上都对磷酸亚铁锂起到了决定性的作用。随着该行业逐渐成熟和市场饱和这个领域竞争将日趋激烈，其优异的性能、低廉的价格将使产品永远立于不败之地。

目前电池级正磷酸铁主要采用共沉淀法，即将原料分别配制成溶液后在反应釜中一定条件下反应得到沉淀，经过滤、洗涤、干燥、焙烧得到产品。主要原料包括铁源和磷源，其中铁源一般是硫酸亚铁，磷源有磷酸、磷铵等其他含磷物质。这些原料至少都是工业级，成本较高。另一方面，以硫酸盐作为原料大量硫酸根残留对产品影响甚大，因此需要反复洗涤多次以确保洗净硫酸根，往往产一吨磷酸铁需要15吨以上的洗涤水。若用去离子水消耗量大不仅增加成本，其大量的污水产生必给环境保护带了巨大压力。再一方面，硫酸亚铁溶液在配制过程中容易氧化，导致产品批次稳定性极差；且溶液混合迅速反应即制备的材料颗粒极小，进一步加重了洗涤和过滤负担，而且在实际生产过程中对过滤机的选择非常苛刻且过滤效率极低，进而提高了设备投入和运行成本。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用铁屑连续制备低成本电池级正磷酸铁的新方法。该方法以廉价的废旧铁屑作为原料，采用模板剂诱导法及安装在反应釜中的气压式喷嘴连续制备电池级正磷酸铁，其成本低廉、批次稳定性高、操作方便，利于工业化生产，制得的产品铁磷比稳定、性能优异。

为实现上述目的，本发明采用以下的技术方案来实现的。

本发明所述一种利用铁屑连续制备低成本电池级正磷酸铁的方法，包括如下工艺步骤：

(1)溶液配制

将去离子水打入高位槽内，再将磷酸缓慢加入去离子水中不断搅拌分散，配制成浓度为20～85％的磷酸溶液待用；

以配制磷酸溶液同样方式，将去离子水打入高位槽内，再将浓度28～30％的双氧水缓慢加入去离子水中不断搅拌分散，配制成浓度为6％的双氧水溶液待用；

(2)溶解-反应

称量铁屑加入反应釜中，再加入铁屑2倍质量的去离子水保持剧烈搅拌，同时开始升温；当温度升到设定温度45～95℃时，从反应釜进料口开始缓慢加入步骤(1)配制好的磷酸溶液；磷酸溶液添加结束后持续搅拌1个小时，反应釜中铁屑全部溶解；

(3)产物形成

在步骤(2)全部溶解后的铁屑中添加模板剂和表面活性剂，同时缓慢滴加步骤(1)配制好的双氧水溶液，双氧水溶液滴加完毕后持续搅拌3～8小时反应结束；抽出产物进行过滤、洗涤、干燥；

(4)煅烧

将步骤(3)所得产物在温度为450-650℃之间煅烧2-5小时，即得到电池级正磷酸铁材料成品。

上述方案中，步骤(2)中所述铁屑是含铁的废旧物，或铁锈、或铁粉，或铁边角废料。

上述方案中，步骤(2)中所述缓慢加入配制好的磷酸溶液，其加入量为铁屑质量的3～10倍，加入时间为2小时。

上述方案中，步骤(2)中所述从反应釜进料口开始缓慢加入配制好的磷酸溶液是将磷酸溶液用压力泵打入进料口安装的气压式喷嘴进行加料；气压式喷嘴为内衬聚四氟的气压式喷头。

上述方案中，步骤(3)中所述添加的模板剂为纳米纤维、PVDF、纳米树脂、纳米正磷酸铁、纳米碳酸钙、碳纳米管或石墨烯中的任一种或两种以上。

上述方案中，步骤(3)中所述添加的表面活性剂为四甲基溴化铵、异丙醇或丙三醇中的任一种。

上述方案中，步骤(3)中所述缓慢加入配制好的双氧水溶液，其加入量为铁屑质量的3％，加入时间为半小时。

上述方案中，步骤(3)中所述将抽出产物进行洗涤，是将过滤后的滤液用与其3倍质量的去离子水打浆洗涤，直到滤液pH值呈中性即可。

上述方案中，步骤(4)中所述将所得产物锻烧的温度为600℃。

上述方案中，步骤(4)中所述将所得产物锻烧的时间为3小时。