[发明专利]一种制备含锂金属磷酸盐的方法

说明书

本发明提供了一种低成本制备含锂磷酸盐的方法。通过优选含有锂磷元素的矿物(主要为磷锂铝石及其近似矿物)，混合硫酸亚铁/硫酸铁/硫酸锰/硫酸氢铵/硫酸氢钠等盐类，在氮气条件下充分煅烧，煅烧物粉末后，加入热水/或者热的稀酸溶液充分浸溶，过滤获得含有锂、铁/锰、磷、铝等主要元素的混合溶液，测试锂/铁/锰/磷元素含量并补充为适当比例，通过加入碱性化合物，调节pH值至适当范围，先同步沉淀为含有锂、铁/锰/、铝等元素的混合磷酸盐，继续调高pH值，利用偏铝酸的两性氢氧化物特性，使得铝沉淀再次溶解，过滤分离后充分洗涤。所得滤饼烘干后，混入一定比例的果糖/蔗糖/葡萄糖等有机物，充分研磨混合均匀，在氮气惰性气氛保护下，进行高温煅烧，获得最终的含锂磷酸盐材料，用于磷酸铁锂、磷酸锰铁锂等锂离子电池的制备，可以显著降低电池成本。

技术领域

本发明属于复合材料制备领域，是一种利用锂矿资源制备锂离子电池用复合材料的综合方法。

背景说明

比较常见的商业化锂离子电池正极材料有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂以及钴酸锂的一系列三元衍生体。由于钴酸锂的压实密度远超其他种类，大规模使用在对价格并不敏感的便携电子领域，例如手机、笔记本电脑等消费品。锰酸锂由于电化学性能较为平庸，但是价格低廉，使用在对价格较为敏感的领域，如两轮电单车等。磷酸铁锂以及三元材料则是动力电池的最佳选择，应用于汽车、船只等对性能、安全性、成本综合考虑的领域。磷酸铁锂相对其他种类具备安全性、成本、循环寿命的较大优势，是动力电池、储能电池的良好选择。

近年来，随着电动汽车及储能领域的发展，锂离子电池产业发展迅速，行业规模持续扩大，全球市场份额稳步提升，关键材料国产化进程加快，生产设备市场形势向好。磷酸铁锂材料以其安全、廉价的核心优势，在新能源汽车领域、风光储能、电网调节、以及铅酸领域替代等方面，都有广泛的应用前景。预计2025年市场份额可达50万吨以上。同时锂电行业也在终端市场(汽车、储能)的降本要求下，面临巨大的成本压力，亟需优化原材料、设备、工艺制造过程等成本。

发明内容

为改善现有技术背景中成本降低及绿色环保等方面的不足之处，本发明提供了一种低成本制备含锂金属磷酸盐的方法。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种制备含锂金属磷酸盐的方法，其特征在于，所述方法包括：

第一步焙烧：将含有锂、磷元素的矿物精粉，与硫酸盐和硫酸氢盐或者两种以上硫酸盐的混合物，研磨混合均匀，在氮气条件下充分焙烧，煅烧物粉碎均匀，获得粉末；

第二步浸溶：将所述粉末经过热水或者热的稀酸溶液浸溶1-10h，过滤获得含有锂、铁/锰、磷、铝等主要元素的混合溶液；测试锂、铁/锰、磷三元素含量，根据结果加入硫酸亚铁/锰、稀磷酸等元素，调节元素mol比例为锂/(铁+锰)：磷＝(1-1.1)：1：(0.9-1.1)；

第三步沉淀：所述溶液加入碱性化合物，分两次调节pH值至3-13之间，在50-90℃加热条件上充分搅拌，形成磷锂与铁/锰的混合磷酸盐沉淀物，反应后过滤分离，并充分洗涤，获得滤饼并且烘干；

第四步合成：所述滤饼加入1-10％有机物，充分研磨混合均匀，在氮气条件下煅烧5-20h，煅烧温度为500-800℃，得到碳与磷酸铁/锰锂的复合材料。

根据某些实施方式，所述第一步焙烧中含锂、磷元素的矿物精粉有如下结构式的化合物或其结晶水合物：LiAl(PO₄)(OHF)或者LiAl(F,OH)PO₄、AlFHLiOP等，以及其含有Na、K、Rb、Cs、Si、Ca等微量元素的结晶物。

根据某些实施方式，所述第一步焙烧中硫酸盐选自硫酸亚铁、硫酸铁或硫酸锰中的一种或任意比例混合的多种，硫酸氢盐选自硫酸氢铵、硫酸氢钠中的一种或任意比例混合的多种，其中硫酸盐与硫酸氢盐的比例为1:1-3。