[发明专利]一种镍铁合金制备电池级磷酸铁的方法

说明书

本发明公开了一种镍铁合金制备电池级磷酸铁的方法，以镍铁合金浸出液为原料，在高温下，将磷源和氧化剂的混合溶液、沉淀剂以一定的速度并流加入到镍铁合金浸出液中，此外，还对反应过程中的温度和pH等参数进行了调控。采用本发明公开的方法制备磷酸铁，既能加快结晶过程的成核速度，又能减小晶体的生长速度，可以得到杂质夹带少、理化参数(比表面积、粒径大小等)可控、且晶粒致密的二水磷酸铁，还能减少洗水量，降低生产成本，提高镍铁合金萃取液制备电池级二水磷酸铁的品质。

技术领域

本发明涉及锂离子电池前驱体的制备领域，具体涉及一种镍铁合金制备电池级磷酸铁的方法。

背景技术

锂离子电池由于具有工作电压高、能量密度高、循环寿命长等特点，已被广泛应用到新能源行业和电子产品等领域。正极材料是决定锂离子电池性能的关键材料之一，也是目前商业化锂离子电池中主要的锂离子来源，其性能和价格对锂离子电池的影响最大。橄榄石结构的磷酸铁锂正极和层状结构的LiNi_xCo_yMn_zO₂正极是车用锂离子电池的主流正极材料，随着近几年新能源行业的快速发展以及政府“3060”双碳目标政策的落地，两种正极材料的需求量不断增加，镍、磷、钴等产能逐渐出现供应不足的现象。

硫酸镍作为三元前驱体不可缺少的原料之一，随着高镍三元正极材料技术的成熟，镍的产能逐渐出现供应不足的现象。为了解决电池材料中镍原料不足的问题，开发新的镍原料来制备电池级硫酸镍，成为亟待解决的问题。

镍铁合金中含有镍和铁这两种主流正极材料的原材料，利用镍铁合金制备电池级磷酸铁和硫酸镍，不仅能提高产品的附加值，而且能一定程度上缓解硫酸镍供应不足的情况。

专利CN113044821A公开了一种镍铁合金制备硫酸镍溶液和电池级磷酸铁的方法，其中涉及的方法是将镍铁合金与硫酸或硝酸/盐酸的一种或多种混合酸进行酸浸，在过滤的浸出液中再分别加入磷源、氧化剂、沉淀剂，加热到恒定温度反应若干小时后，过滤后得到二水磷酸铁以及含镍溶液。此工艺可行，但是先加磷源再加氧化剂、沉淀剂的方式会很难得到特定形貌或物理参数的二水磷酸铁，且按照该制备方法，二水磷酸铁生长速度会大于成核速度，导致二水磷酸铁中会夹杂大量的镍和硫元素，增加了二水磷酸铁材料的洗水量。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种镍铁合金制备电池级磷酸铁的方法，具体包括以下内容：

一种镍铁合金制备电池级磷酸铁的方法，包括如下步骤：

(1)将镍铁合金粉末用酸液浸出，加热搅拌后，得到镍铁浸出液；

(2)配制磷源和双氧水的混合溶液、以及氨的质量浓度为10-30％的氨水溶液；

(3)将镍铁浸出液加热搅拌，控制浸出液温度为70-100℃，将步骤(2)中的磷源和双氧水的混合溶液、氨水溶液并流加入到镍铁浸出液中，持续加入0.5-1.5h，并控制铁元素与加入的磷元素的摩尔量的比为0.97-1.02，并控制反应终点的pH在1.2-1.6之间；

(4)将步骤(3)反应后的固液混合物体系温度控制在90-100℃之间，陈化2-3h，然后过滤得到二水磷酸铁和镍溶液；

(5)将过滤得到的二水磷酸铁进行洗涤、过滤、烘干，得到二水磷酸铁产品。

具体地，步骤(1)中镍铁合金的镍含量为10-30wt％，铁的含量为70-90wt％；所述镍铁浸出液中镍元素的含量为10-30g/L，铁元素含量为50-60g/L。

具体地，步骤(1)中的酸为硫酸、盐酸或硝酸中的一种或多种。

具体地，步骤(2)中的磷源为磷酸、磷酸二氢铵、磷酸一氢铵中的一种。

具体地，步骤(3)中的镍铁浸出液与磷源和双氧水的混合溶液的体积比为1.0-2.0。