[发明专利]一种电池级磷酸铁的制备方法

说明书

本发明公开一种电池级磷酸铁的制备方法。将铁粉与磷酸脲溶液混合搅拌反应，铁粉中的单质铁与磷酸脲的摩尔比为1:1.0008,在温度为79℃反应1h，反应至亚铁离子的浓度不增加时停止反应，过滤，得到滤渣和滤液；将滤液升温至温度为99℃，同时在搅拌下通入空气，在此温度下反应至母液中的铁离子浓度低于20mg/L后停止反应，然后过滤，得到沉淀物和母液，沉淀物经过洗涤，得到洗涤料；将洗涤料经过烘干后高温煅烧，得到的煅烧料经过气流粉碎后，筛分除铁真空包装得到电池级磷酸铁。本发明工艺简单，成本低，得到纯度高，粒度分布窄的电池级磷酸铁。

技术领域

本发明涉及一种电池级磷酸铁的制备方法，属于锂电池新能源材料领域。

背景技术

磷酸铁，又名磷酸高铁、正磷酸铁，分子式为FePO₄，是一种白色、灰白色单斜晶体粉末。含有结晶水的为白色略粉的物料，无水磷酸铁为白色略黄的物料。其主要用途在于制造磷酸铁锂电池材料、催化剂及陶瓷等。

由于局部过浓，在液相合成过程，受制于反应过程的流体力学的影响，一般液相合成得到的沉淀颗粒的粒度分布较宽，而常规的磷酸铁的生产采用的即为液相合成，一般径距,即(D90-D10)/D50比较大，一般大于1，且产品的批次稳定性差，不利于后期的锂电池材料的合成。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种电池级磷酸铁的制备方法，工艺简单，成本低，得到纯度高，粒度分布窄的电池级磷酸铁。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

一种电池级磷酸铁的制备方法，将铁粉与磷酸脲溶液混合搅拌反应，铁粉中的单质铁与磷酸脲的摩尔比为1:1-1.001,在温度为70-80℃反应1-1.5h，反应至亚铁离子的浓度不增加时停止反应，过滤，得到滤渣和滤液；

将滤液升温至温度为95-100℃，同时在搅拌下通入空气，在此温度下反应至母液中的铁离子浓度低于20mg/L后停止反应，然后过滤，得到沉淀物和母液，沉淀物经过洗涤，得到洗涤料；

将洗涤料经过烘干后高温煅烧，得到的煅烧料经过气流粉碎后，筛分除铁真空包装得到电池级磷酸铁。

所述铁粉的纯度大于99.0％，Cr≤20ppm，所述磷酸脲溶液的浓度为1.0-1.5mol/L。

所述母液经过浓缩结晶得到碳酸铵晶体，冷缩结晶产生的冷凝水回收后返回洗涤沉淀物。

洗涤过程采用温度为50-70℃热纯水洗涤，洗涤至洗涤水的电导率≤100μS/cm后停止洗涤。

高温煅烧的煅烧温度为500-550℃，煅烧时间为5-7h，煅烧至物料高温水分低于0.3％后冷却出料。

本工艺是将铁粉与磷酸脲反应，得到可溶性的亚铁盐，然后再经过高温，其中的尿素会分解得到二氧化碳和氨，同时通入了氧气，会氧化亚铁离子为三价铁离子，然后与磷酸根结合，得到磷酸铁，同时二氧化碳会与氨反应得到碳酸铵，本专利利用磷酸脲这一特殊的沉淀剂，即可以提供磷酸根，又可以提供络合剂和pH调节剂，在高温下分解，从而将铁离子和磷酸根离子解离出来，形成沉淀，得到电池级磷酸铁，由于高温下的分解是在溶液中均匀发生的，所以此解离过程会均匀的发生，从而可以使得磷酸铁的沉淀颗粒更加均匀，粒度分布窄。

本发明控制过程简单，没有常规工艺的各个工艺的控制，在第一步，仅仅为铁粉的溶解，在第二步，主要为升温后高温分解，通过均相沉淀，得到电池级磷酸铁，但是本专利相比较常规的均相沉淀而言，没有额外的阴离子加入，且在较高的pH下进行的沉淀反应，因为磷酸脲的亚铁盐的pH一般为3-4，在均相沉淀的同时，进行了氧化还原反应，所以整个体系的pH没有明显的变化，均在3-4之间变化，而常规的均相沉淀的pH均会有很大的波动，比如从较低的pH到较高的pH的变化，所以本工艺得到的磷酸铁的粒度分布更窄，一致性更好。