[发明专利]一种低温条件下制备高压实电池级磷酸铁的方法

说明书

一种低温条件下制备高压实电池级磷酸铁的方法，属于无机铁盐制备技术领域。其特征在于，制备步骤为：1)将硝酸和磷酸在配酸罐(10)内按摩尔比9～15:1配置混酸，混酸的总质量浓度为20％～30％；2)向置换反应罐(1)内加入铁粉或铁屑和混酸反应；置换反应罐(1)顶部的溢流口溢流出上清液自流入通入过量臭氧的臭氧氧化罐(3)，臭氧氧化罐(3)放料进入沉降池(8)，同时向沉降池(8)中加入络合剂，沉降池(8)的上清液循环使用，沉降物从沉降物出口(801)排出后，经洗涤、过滤、干燥、煅烧后即得。

技术领域

一种低温条件下制备高压实电池级磷酸铁的方法，属于无机铁盐制备技术领域。

背景技术

以磷酸铁作为前驱体制备的磷酸铁锂的方法目前已成为磷酸铁锂生产厂家的主流生产工艺，所得磷酸铁锂具有比容量高、纯度高、压实密实高等优点。而且其生产工艺又具有工艺简单、成本低等优点。而目前磷酸铁的主要制备方法主要包括以下两种：

第一种方法是：以硝酸铁或者氯化铁作为铁源，磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸或者磷酸氢二钠一种或多种作为磷源进行反应制备出磷酸铁。但由于三价铁盐成本过高，无法满足目前低成本磷酸铁市场要求，该路线已逐渐被生产厂家所舍弃；第二种方法是以硫酸亚铁(硫酸亚铁可由硫酸溶解铁以及钛白粉的副产物制得)为铁源，磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸或者磷酸氢二氢钠一种或多种作为磷源，通过加入双氧水氧化制备磷酸铁，是目前磷酸铁厂家主流工艺，然而该工艺不可避免的存在副产物铵盐(硫酸铵)，同时大量的硫酸根易吸附在磷酸铁表面，不易洗涤，为了降低磷酸铁中的硫含量洗涤过程中往往需使用大量的水，环保处理成本较高，且过高硫的存在一定程度上会影响磷酸铁锂的性能，同时在制备磷酸铁锂的过程中释放出二氧化硫气体，造成环境污染。

中国专利CN105480960公开了一种磷酸铁制备方法，该方法是将铁置于磷酸溶液中，加热进行化铁反应，得到含Fe(H₂PO₄)₂的反应液，再向反应液加入过氧化氢进行氧化反应，同时加入聚乙二醇继续搅拌，使Fe(H₂PO₄)₂反应生成磷酸铁，然后向磷酸铁液加入蒸馏水，进行水解反应，对水解后的料液进行固液分离，并对固相洗涤至pH值达到近中性，甩干得到固体磷酸铁，最后对甩干后的固体磷酸铁依次进行干燥、脱水，形成脱水磷酸铁；上述制备方法以纯铁为原料，以磷酸为磷源，虽可避免杂质的引入，但该方法采用双氧水作为氧化剂，双氧水与含有亚铁的磷酸溶液混合时，在搅拌下所形成的体系虽为均相体系，但双氧水加入时系呈细流加入，加料过程易受流体流动的影响，形成一定的浓度梯度，导致双氧水浓度高的区域磷酸铁颗粒的生成速率高于双氧水浓度低的区域磷酸铁颗粒的生成速率，反应体系由均相反应转化为液-固相反应，磷酸铁固相的形成可引起固-液相物质之间传质不均匀，造成磷酸铁颗粒因氧化反应速率差异引起颗粒大小出现差异，导致生成的磷酸铁粒径分布不均，造成压实密度较低，无法用于高性能锂电池的制备；另外，该方法添加的聚乙二醇分散剂残留于产品中，会降低产品的纯度，而采用通过加水调节pH值，耗水量也较大。

还有中国专利CN201811137344.1一种高纯度高压实电池级磷酸铁的制备方法，该方法是先将一定量的铁及质量浓度为15-35％的磷酸在40-100℃下反应生成含有亚铁离子的磷酸溶液，再加热料液至60-100℃后，加入络合剂并通入臭氧氧化3.5-7.5小时得到磷酸铁浆料，过滤浆料，将滤饼反复洗涤、过滤至滤液呈中性，然后将收集到的固体干燥2-4小时后在400-600℃下煅烧2-4小时，得到所需磷酸铁，其中络合剂为乙二胺、三乙醇胺、2-羟基乙胺、1,2-丙二胺、1,3-丙二胺、琥珀酰胺、丙二酰胺中的一种或多种。该方法获得的磷酸铁中铁磷比0.96-0.99、D95粒度为78-150纳米、压实密度2.40-2.50克/立方厘米，且该制备方法中中除络合剂外基本没有引入其它杂质。但是该制备方法需要多次加热，且每一步的反应时间都长达数小时，在实际的工业生产中生产效率较低，能耗也较高，并不适合大规模的工业化推广。

发明内容