[发明专利]一种电池级磷酸铁的制备方法

说明书

本发明提供了一种电池级磷酸铁的制备方法：将高纯铁粉加入到适当浓度的盐酸中反应至铁粉不再溶解；过滤，加入适量双氧水，反应至反应液中无亚铁离子为止；加入磷酸，搅拌均匀，然后通过喷雾干燥的方法得到二水磷酸铁；高温烧结脱去结晶水得到无水磷酸铁。本发明工序：亚铁溶液合成—氧化—二水磷酸铁合成—高温烧结，减少了磷酸铁沉淀、陈化、过滤洗涤等工序，工序减少，流程缩短，生产周期减少，生产效率提高，节省了水资源，而且成本低；而且原材料循环使用，没有固废产生，降低成本；无需使用中和剂，减少了原材料使用的同时，减少了杂质引入的机会，所得产品纯度高，杂质含量更低，更能满足电池级原材料的市场需求。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料制备技术领域，具体涉及一种电池级磷酸铁的制备方法。

背景技术

锂离子电池正极材料磷酸铁锂的合成工艺路线有水热法工艺、草酸亚铁工艺、铁红工艺、磷酸铁工艺。磷酸铁工艺凭借其批次稳定性好、电化学性能优良逐渐成为磷酸铁锂生产的主流路线。现有技术中的磷酸铁均为常规的化学沉淀法，生成过程为：配料—亚铁氧化—磷酸铁沉淀—过滤洗涤—低温干燥—高温烧结等。例如CN201910630953.9公开了一种电池级磷酸铁的制备方法。该制备方法包括如下步骤：配置铁的质量百分数为5.0-10.0％的硫酸亚铁溶液，加入氧化剂和H₃PO⁴反应，将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，形成磷酸和硫酸铁的混合溶液，加水调节pH为1.5-2.5，反应得到磷酸铁沉淀，洗涤过滤，滤饼干燥煅烧得到电池级磷酸铁。

现有技术中磷酸铁生产工序较为复杂，能耗高，而且洗涤时用水量大，污水处理成本高；其次，原材料不能重复利用，例如中和剂液碱或者氨水，不能重复使用，最终形成固体盐，或者即使回用也会产生大量的硫酸钙，固废量很大；再者，由于已有技术中使用了更多的原材料，且工序复杂，引入杂质的机会多，从而导致产品的纯度不高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种电池级磷酸铁的制备方法，生产工序简单，资源利用率高，没有固废产生，纯度高，成本低。

本发明是这样实现的：

一种电池级磷酸铁的制备方法，包括以下步骤：(1)亚铁溶液合成：将高纯铁粉加入到适当浓度的盐酸中反应至铁粉不再溶解；(2)氧化：过滤，取滤液，加入适量双氧水，反应至反应液中无亚铁离子为止；(3)二水磷酸铁的合成：按照化学计量比Fe:P＝1:1.01-1.03的比例加入磷酸，搅拌均匀，然后通过喷雾干燥的方法得到二水磷酸铁；(4)高温烧结：将步骤(3)得到的二水磷酸铁高温烧结脱去结晶水得到无水磷酸铁。

优选地，步骤(1)中，高纯铁粉纯度≥98％，细度≥100目。

其中，步骤(1)中，化学反应式为：

Fe+2HCl＝FeCl₂+H₂↑

该反应是化学领域的常见反应，本领域技术人员可根据理论反应当量和实际应用情况等合理配置氯化氢的铁粉比例，本发明对此不作特别限定。为使铁粉反应完全，本领域优选采用加入过量氯化氢，即氯化氢:铁粉的摩尔比≥2:1。应当理解的是，也可以不加入过量氯化氢来进行反应，过滤除去多余的铁粉即可。

优选地，步骤(1)中，氯化氢:铁粉的摩尔比＝2.1-5:1，例如可以为2.1:1、2.5:1、3:1、3.5:1、4:1、4.5:1、5:1等，更优选为＝3-4:1。

其中，关于步骤(1)的反应温度，本领域技术人员可根据现有技术和实际应用情况进行合理选择。优选地，步骤(1)中，反应温度控制在≤90℃，更优选为≤85℃。

控制温度的方式可以为夹套换热或者换热器换热等方法。