[发明专利]一种利用三氧化二铁制备磷酸铁的方法

说明书

本发明公开了一种利用三氧化二铁制备磷酸铁的方法，包含以下步骤：S1、将单质铁添加至混酸溶液中，得原料液；S2、在加热条件下，将三氧化二铁添加至原料液中，得粗制磷酸铁溶液；S3、将氧化剂添加至粗制磷酸铁溶液中，保温，得磷酸铁浆料；S4、将磷酸铁浆料固液分离，收集固相，洗涤后，煅烧得无水磷酸铁。本发明制备得到的磷酸铁具有两种晶型，通过单质铁与三氧化二铁的组合控制了两种晶型的比例，以及最终制得磷酸铁的铁磷比；该方法通过调控磷酸根的浓度实现了磷酸铁晶体厚度的控制；本方案在无硫环境下反应得到的磷酸铁，从而大大降低了磷酸铁成品中硫含量。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，具体涉及一种利用三氧化二铁制备磷酸铁的方法。

背景技术

磷酸铁锂是锂离子电池正极材料的一种，其特点是放电容量大、安全性好、寿命长、价格低廉、无毒性、无污染、原材料来源广泛。磷酸铁锂电池广泛应用于电动工具、UPS、应急灯、警示灯和矿灯；磷酸铁锂电池还是新能源汽车用动力电池的一个重要发展方向，用于电动大巴车；另外在储能领域也有应用。磷酸铁锂晶体中的P-O键稳固，难以分解，即便在高温或过充时也不会像钴酸锂一样结构崩塌发热或是形成强氧化性物质，因此磷酸铁锂电池拥有良好的安全性和循环性能。

磷酸铁是生产磷酸铁锂的重要原料，电池材料厂家普遍采用磷酸铁和锂盐高温固相法生产磷酸铁锂。随着国家对新能源汽车的推广应用和储能电池的发展，磷酸铁锂的需求量将急剧增长，相应的原料磷酸铁需求量也呈爆发式增长。对电池级磷酸铁指标要求也越来越严格，现有企业要求铁磷比0.97以上；杂质元素含量如Ti、Mn、Mg、Zn、Cu和S元素含量低于0.005％。

而磷酸铁原料企业技术现状是：多数企业产品铁磷比在0.96～0.97，少数企业能达到0.97以上，但S含量明显超标，达到0.01％以上；为了制备低杂质含量的磷酸铁，相关技术采用精制硫酸亚铁、氯化铁、硝酸铁、氯化铁或高纯铁粉与硫酸为原料，尽管所得磷酸铁杂质含量低，但原料成本高。也有尝试采用廉价的钛白粉副产硫酸亚铁来合成，生产成本低，但因硫酸亚铁原料中Mn、Mg、Ti和Ca等杂质含量高，导致最终的磷酸铁产品杂质含量也高。还有学者研究硫酸亚铁的除杂，无论是采用铁粉净化除杂、还是采用磷酸盐、硫化物沉淀除杂，都很难将杂质去除干净，尤其是Mn和Mg的彻底去除。还有尝试采用树脂吸附除杂，因溶液含有大量Fe²⁺会被树脂优先吸附，从而阻碍了杂质金属离子的去除。

同时，相关技术中很少提及关键指标铁磷比、杂质元素、比表面积和水分的控制。所得的磷酸铁成分不稳定，条件控制不当易形成酸式盐，导致铁磷比偏低，只有0.96左右；虽然也有铁磷比达到0.97～1.00，但该类磷酸铁中通常含有少量的氢氧化铁，吸附了大量的杂质离子，导致S、Mn、Mg杂质离子偏高，难于满足电池级磷酸铁的要求。

此外，磷酸铁晶型对于制得的磷酸铁锂的性能(如压实密度、比容量等)影响较大。

基于此，仍需进一步开发出生产高铁磷比磷酸铁的工艺。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：一种高铁磷比磷酸铁的制备方法，该方法得到的磷酸铁中橄榄石晶型(rodolicoite)磷酸铁晶型含量更高。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种利用三氧化二铁制备磷酸铁的方法，包含以下步骤：

S1、将单质铁添加至酸液中，得原料液；

S2、在加热条件下，将三氧化二铁添加至原料液中，得粗制磷酸铁溶液；

S3、将氧化剂添加至粗制磷酸铁溶液中，保温，得磷酸铁浆料；

S4、将磷酸铁浆料固液分离，收集固相，洗涤后，煅烧得无水磷酸铁；

其中，所述酸液中含有磷酸。