[发明专利]一种磷酸铁的制备方法和应用

说明书

本发明属于锂电池新能源材料技术领域，提供一种磷酸铁的制备方法和应用，包括将磷源、铁源混合，加入酸液中，再过滤，收集滤液，得到酸性铁磷溶液，对酸性铁磷溶液进行加热，搅拌，得到含磷酸铁的料浆；将料浆进行过滤，得到磷酸铁固体和沉淀母液；将磷酸铁固体进行洗涤，过滤，干燥，即得磷酸铁。该方法能耗低，成本低，操作简单，所制得的磷酸铁可用作磷酸铁锂正极材料制备的原料，也可用作制造陶瓷、涂料等。

技术领域

本发明涉及锂电池新能源材料技术领域，特别是涉及一种磷酸铁的制备方法和应用。

背景技术

磷酸铁锂电池是我国新能源汽车产业发展初期的主流动力电池，具有安全性能好、循环寿命长、成本低等突出优点，一直是电动商用车、专用车和储能领域的首选电源。虽然磷酸铁锂电池能量密度不及三元锂电池，但磷酸铁锂电池相比于三元锂电池在正极材料上具有很大的成本优势，随着国家补贴退坡，磷酸铁锂电池的成本优势突显。

磷酸铁是磷酸铁锂正极材料制备的核心前驱体，其制备工艺大体上包括一步法和两步法两种。一步法是将铁源和磷源在一个反应罐中一步混合反应制得磷酸铁，制备过程只有一步洗涤操作，所制得的磷酸铁因杂质高而难以用作电池材料的前驱体。两步法以A123 Systems LLC公开的技术为典型(US 9174846 B2)，将一步合成改为两步，旨在提高磷酸铁的质量。两步法包括两种合成模式，第一种合成模式为，先使亚铁源(如FeSO₄·7H₂O)和磷源(如(NH₄)₂HPO₄)经氨水调节pH值至4-5后沉淀制得八水磷酸亚铁(Fe₃(PO₄)₂·8H₂O)，八水磷酸亚铁经洗涤后，再用水溶液搅拌打浆，并往浆料中加入磷酸和双氧水、升温浆料至100℃以下，制得二水磷酸铁晶体(FePO₄·2H₂O)，该二水磷酸铁晶体会再次洗涤以提高纯度；第二种合成模式为，先使亚铁源(如FeSO₄·7H₂O)和磷源(如(NH₄)₂HPO₄)在氧化剂(如双氧水)存在的水溶液环境中反应生成无定形磷酸铁沉淀，并洗涤所获得的无定形磷酸铁沉淀，再将洗后的无定形磷酸铁沉淀加入至磷酸溶液中、于85-100℃下转晶，制得二水磷酸铁晶体，该二水磷酸铁晶体也会再次洗涤去除夹带的游离离子。现阶段，磷酸铁锂电池正极材料用磷酸铁一般采用纯度较高的铁源和磷源经两步法制得。

此外，目前已经有公开报道了一种在盐酸介质中合成磷酸铁的方法，该法先将高纯铁粉溶解至适当浓度的盐酸中，再加入双氧水和磷酸，搅拌均匀后进入喷雾干燥回收盐酸、并制备磷酸铁。还有公开报道了一种利用硫酸法钛白行业产生的硫酸亚铁废渣为原料制备磷酸铁的方法，该法先用由氟化铵和还原铁粉组成的复合沉淀剂提纯硫酸亚铁，再将硫酸亚铁和磷酸溶液混合制成溶液、用双氧水氧化亚铁离子、用氨水和磷酸调节pH值至2.2-2.6，然后在120℃-180℃的水热条件反应6-10小时制得片状磷酸铁。

采用传统工艺合成磷酸铁，存在所需原料纯度要求高，酸碱耗量大，能耗高等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磷酸铁的制备方法和应用，通过酸液溶解磷源、铁源得酸性铁磷溶液、升温酸性铁磷溶液、搅拌升温后的酸性铁磷溶液析出磷酸铁沉淀、进一步处理所述的磷酸铁沉淀，得到磷酸铁成品，该方法能耗低，成本低，工艺简单。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种磷酸铁的制备方法，包括如下步骤：

(1)将磷源、铁源混合，加入酸液中，再过滤，收集滤液，得到酸性铁磷溶液；

(2)对所述酸性铁磷溶液进行加热，搅拌，得到含磷酸铁的料浆；

(3)将所述料浆进行过滤，得到磷酸铁固体和沉淀母液；