[发明专利]一种电解锰渣制备碳包覆磷酸锰铁锂材料的方法

说明书

本发明提供一种电解锰渣制备碳包覆磷酸锰铁锂的方法，对电解锰渣进行回收利用的同时，通过对电解锰渣的提纯得到精炼铁和精炼锰，再与锂源、磷酸、碳源混合、反应得到有价值的碳包覆磷酸锰铁锂正极材料。本发明提供的方法工艺较为简单，操作方便，重复性高，电解锰渣的提纯所得锰源、铁源纯度较高，有效的解决了电解锰渣再次利用的问题，碳包覆磷酸锰铁锂通过碳包覆有效的提高了磷酸锰铁锂导电性能，控制颗粒大小，增加锂离子传输效率，安全性能好，具有更高的能量密度，更好的倍率性能，更好的循环容量保持率。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种电解锰渣制备碳包覆磷酸锰铁锂材料的方法。

背景技术

我国电解锰的产能已占世界产能的98％，是世界最大的电解锰生产国、消费国、出口国。目前，由于锰矿石品质低、工艺技术落后等原因，我国电解锰企业平均每生产1吨电解金属锰要产生10～12吨左右的电解锰渣，全国每年产生的电解锰渣高达1000万吨左右，历年来积存的锰渣也有5千多万吨。

锂离子电池是一种二次电池(充电电池)，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作，锂离子电池由于具有高能量，循环次数长，效率高等优点，而广泛应用生化中充当设备能源，磷酸锰锂受到其锂离子一维扩散孔道和绝缘PO4聚阴离子框架的限制，导致其离子电导率低，尤其其电子电导率较磷酸铁锂更低。而磷酸锰铁锂不仅具有磷酸锰锂的有优点更具有更好的电子电导率以及更好的倍率和循环性能。

发明内容

本发明提供一种电解锰渣制备的磷酸锰铁锂的方法，使用电解锰渣提纯制备磷酸锰铁锂，对电解锰渣进行回收利用，该碳包覆磷酸锰铁锂材料通式LiMn_xFe_1-xPO₄，其中x为0.3-0.5；采用以下步骤实现磷酸锰铁锂的制备：

S1、电解锰渣处理：将电解锰渣置于去离子水中，200-400rpm转速搅拌12-24h，过滤后，得到含有铁元素剩渣和锰元素的洗液；

S2、精炼铁：加入硫酸至S1的剩渣中，100-300rpm转速搅拌反应4-8h后，过滤后，在滤液中加入氨水调节pH为4-4.5，过滤得到精炼后氢氧化铁沉淀A；

S3、精炼锰：在300-400rpm转速搅拌条件下，加入氨水至S1洗液中，调节pH至7.5-8.0，并反应2-6h，过滤得到精炼后的锰滤液B；

S4、磷酸锰铁锂前驱体制备：将锂源、S2的氢氧化铁沉淀A、磷酸加入到S2的锰滤液B中，300-400rpm转速搅拌条件下70-90℃反应8-12h，得到磷酸锰铁锂前驱体；

S5、碳包覆磷酸锰铁锂制备：将S4得到的磷酸锰铁锂前驱体与碳源混合，经超细研磨、喷雾干燥、700-800℃保护气氛烧结、粉碎后得到碳包覆磷酸锰铁锂。

进一步的，碳包覆磷酸锰铁锂材料通式LiMn_xFe_1-xPO₄/C，其中x为0.3-0.5。

进一步的，S2中，硫酸与剩渣的质量比为2-4:1。

进一步的，S4中，锂源、锰滤液B、氢氧化铁沉淀A、磷酸是按照Li：Mn：Fe：P元素摩尔比为1:x:(1-x):1称量取得到的，x的值为0.3-0.5。

进一步的，S5中所用碳源为葡萄糖、聚乙二醇的一种或多种，所制备碳包覆磷酸锰铁锂碳含量为1-3wt％；

进一步的，S4中，所用锂源为碳酸锂、氢氧化锂、醋酸锂的一种或多种。

进一步的，S5中超细研磨转速为650-750rpm，超细研磨后浆料的D50＝0.5-0.7μm；

进一步的，在步骤S6中磷酸锰铁锂粉碎后粒度为D50＝0.8-1.5μm；