[发明专利]一种利用菱铁矿制备锂离子电池正极材料的方法

说明书

本发明公开了一种利用菱铁矿制备锂离子电池正极材料的方法，它首先将菱铁矿溶于低浓度的磷酸中，然后在溶液中加入双氧水制得前驱体二水磷酸铁，二水磷酸铁再与碳酸锂和葡萄糖混合烧结后得到磷酸铁锂。本发明用菱铁矿直接合成前驱体二水磷酸铁，不但省去了铁矿石提炼铁的耗能步骤，实现了锂离子电池正极材料从自然界直接获得的目的，而且菱铁矿相对于铁粉来说更容易与磷酸反应，提高了反应的可行性。

技术领域

本发明属于电化学领域，尤其是利用菱铁矿制备锂离子电池正极材料的方法。

背景技术

锂离子电池是性能卓越的新一代绿色高能电池，已成为高新技术发展的重点之一，而作为锂离子电池正极材料的磷酸铁锂合成方法是发展中的重中之重。目前利用菱铁矿合成磷酸铁锂电池的方法是，先将菱铁矿采用硫酸、盐酸或硝酸溶解后加入氧化剂和磷酸或磷酸盐反应生成锂离子电池正极材料前驱体磷酸铁，磷酸铁再与碳酸锂和C烧结合成磷酸铁锂。比如：

中国专利申请号201210591476.8公开了一种锂离子电池正极材料磷酸铁锂前驱体的制备方法，先将菱铁矿采用硫酸或盐酸浸出并调整溶液浓度，然后加入双氧水或臭氧氧化剂以及沉淀剂，通过控制合成条件使菱铁矿中对磷酸铁锂电化学性能有益的镁和锰元素选择性地进入沉淀，干燥后即得磷酸铁锂前驱体。

中国专利申请号200810031119.3公开了一种综合利用钛铁矿制备磷酸铁锂前驱体的方法：将钛铁矿用酸浸出，过滤得滤液，在滤液中溶解一定量的其它铁源，使得混合溶液中Fe的浓度为0.01-3mol/L，Ti与Fe的摩尔比为0.0005-0.5；向混合溶液中加入适量的氧化剂，用碱的水溶液调节体系的pH＝1.5-6.0，使得部分铁和某些杂质离子共沉淀，过滤，得到滤液；向滤液中加入沉淀剂(0.01-6mol/L)，并用碱的水溶液调节体系的pH＝4.0-14.0，在10-90℃的搅拌反应器中反应10min-24h，过滤、洗涤，将沉淀于50-150℃下烘干后在空气中300-800℃下煅烧1-24h即得锂离子电池正极材料磷酸铁锂的前驱体—掺杂型金属元素的三氧化二铁。

上述两个文献记载的方法制备的磷酸铁锂虽然电化学性能好，但是还存在以下缺陷，一是由于需要加入硫酸、盐酸或硝酸将菱铁矿中的铁浸出，所以工艺过程长，合成效率低；二是由于加入了硫酸、盐酸或硝酸，引入了影响电池性能的杂质元素SO₄^2-、CL^-和NO₃^-等。

中国专利公开号CN104817059A公开了一种由铁粉和磷酸反应制备电池级磷酸铁的方法，它是将铁粉与稀磷酸混合，反应生成Fe(H₂PO₄)₂，然后加入氧化剂氧化生成磷酸铁沉淀，经过滤、干燥得到高纯的电池级磷酸铁即二水合磷酸铁；二水合磷酸铁为准红磷铁矿(磷铁矿)晶型的纳米片状晶体。该公开的技术存在的缺陷是：一是由于主要的原料是铁粉，公知常识，铁粉不是自然界自然存在的，是一种再生物，需要炼钢而成，炼钢是一个比较复杂的工序，要耗费大量的电能并产生大量的污染，如果用一种再生物去合成锂离子电池正极材料这肯定不是一种值得推荐的好方法；二是在反应过程中生成了氢气，氢气是一种易燃易爆的气体，在空气中达到一定比例时，遇到明火会发生爆炸，这不但给整个工序带来了危害性，还要求操作工具有很高的操作技能。所以说，该文献公开的技术无法大面积推广和产业化，也不符合当前节能环保的政策。

发明内容

为了克服现有制备磷酸铁锂技术存在的工艺过程长，危险系数高、合成效率低，不易操作以及含有杂质元素的技术缺陷，本发明提供一种利用菱铁矿制备锂离子电池正极材料的方法。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种利用菱铁矿制备锂离子电池正极材料的方法，其特征在于:

第一步：溶解菱铁矿