一種磷酸鐵及其制備方法和應用技術

本發明專利技術涉及一種磷酸鐵及其制備方法和應用。該方法包括：將硫鐵礦和硫磺的混合物煅燒，得到氣體A1和反應物A2；將氣體A1溶于水中，通入氧氣，得溶液C；向反應物A2中加入鐵粉和溶液C后反應制得溶液D；將磷礦和溶液C混勻后進行第一固液分離，得濾液E1和濾餅F；向濾液E1中加入萃取劑后進行第一洗滌、第一凈化和第二固液分離，得到濾液E2；向濾液E2中加入氨水，得到磷酸二氫銨溶液；向磷酸二氫銨溶液中加入雙氧水和氨水，得到溶液G；溶液G和所述溶液D混合后進行攪拌反應、加熱陳化、第二洗滌和第三固液分離，得到濾餅H和溶液J。該方法簡單，成本低，能量可重復多次再利用，副產物循環再利用，制備得到的磷酸鐵性能參數良好。得到的磷酸鐵性能參數良好。得到的磷酸鐵性能參數良好。

【技術實現步驟摘要】
一種磷酸鐵及其制備方法和應用


[0001]本專利技術涉及鋰離子電池正極材料合成
，具體而言，涉及一種磷酸鐵及其制備方法和應用。

技術介紹

[0002]磷酸鐵是合成磷酸鐵鋰正極材料的重要前驅體。而磷酸鐵鋰正極材料因其具有良好的安全特性、循環特性、合成成本低、原材料豐富等顯著優勢，越來越受到動力型、儲能型新能源鋰電池的青睞。且隨著“碳達峰、碳中和”政策的提出，推動了新能源電池的蓬勃發展，導致磷酸鐵鋰的需求量越來越大。這樣對前驅體磷酸鐵提出了更高的要求，然而，傳統的濕法合成磷酸鐵存在以下弊端：副產物無法有效綜合利用，陳化階段加熱所用的蒸汽需要外購，不利于降本增效、不利于提高物料的綜合率。
[0003]有鑒于此，特提出本專利技術。

技術實現思路

[0004]本專利技術的一個方面，涉及一種磷酸鐵的制備方法，包括以下步驟：
[0005](a)將硫鐵礦和硫磺的混合物進行煅燒，得到氣體A1和反應物A2；將所述氣體A1溶解于水中，并通入氧氣，得到溶液C；
[0006](b)向所述反應物A2中加入鐵粉和所述溶液C后反應制得溶液D；
[0007](c)將磷礦和所述溶液C混勻后進行第一固液分離，得到濾液E1和濾餅F；向所述濾液E1中加入萃取劑后進行第一洗滌、第一凈化和第二固液分離，得到濾液E2；
[0008](d)向所述濾液E2中加入氨水，得到磷酸二氫銨溶液；向所述磷酸二氫銨溶液中加入雙氧水和氨水，得到溶液G；
[0009](e)所述溶液G和所述溶液D混合后進行攪拌反應、加熱陳化、第二洗滌和第三固液分離，得到濾餅H和溶液J；所述濾餅H經過后處理得到無水磷酸鐵。
[0010]所述的磷酸鐵的制備方法，方法簡單，制備成本低，能量可重復多次再利用，副產物循環再利用，制備得到的磷酸鐵性能參數良好。
[0011]本專利技術的另一個方面，還涉及所述的磷酸鐵的制備方法制備得到的磷酸鐵。
[0012]所述的磷酸鐵，顆粒尺寸小、球形度好、流動性強、性能參數可控，為磷酸鐵鋰正極材料的制備提供了充分的保障。
[0013]本專利技術的另一個方面，還涉及一種磷酸鐵鋰正極材料，主要由所述的磷酸鐵制得。
[0014]本專利技術的另一個方面，還涉及一種鋰離子電池，包括所述的磷酸鐵鋰正極材料。
[0015]與現有技術相比，本專利技術的有益效果為：
[0016](1)本專利技術提供的磷酸鐵的制備方法，可采用硫鐵礦的燃燒劇烈放熱，余熱利用從而提供蒸汽；材料廉價易得，能量可重復多次再利用，副產物循環再利用，保障了降本增效，降低了合成成本；且制取的無水磷酸鐵顆粒尺寸小、球形度好、性能參數可控，可定制化，充分保障了磷酸鐵鋰正極材料的合成制備。
[0017](2)本專利技術提供的磷酸鐵，顆粒尺寸小、球形度好、流動性強、性能參數可控，為磷酸鐵鋰正極材料的制備提供了充分的保障。
附圖說明
[0018]為了更清楚地說明本專利技術具體實施方式或現有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本專利技術的一些實施方式，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0019]圖1為本專利技術提供的磷酸鐵制備方法的流程圖；
[0020]圖2為本專利技術實施例1制備磷酸鐵的SEM圖；
[0021]圖3為本專利技術實施例2制備磷酸鐵的SEM圖；
[0022]圖4為本專利技術實施例3制備磷酸鐵的SEM圖；
[0023]圖5為本專利技術對比例1制備磷酸鐵的SEM圖；
[0024]圖6為本專利技術對比例2制備磷酸鐵的SEM圖；
[0025]圖7為本專利技術的制備磷酸鐵的實施例1、實施例2、實施例3、對比例1和對比例2的XRD衍射圖。
具體實施方式
[0026]下面將結合附圖和具體實施方式對本專利技術的技術方案進行清楚、完整地描述，但是本領域技術人員將會理解，下列所描述的實施例是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例，僅用于說明本專利技術，而不應視為限制本專利技術的范圍。基于本專利技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。實施例中未注明具體條件者，按照常規條件或制造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未注明生產廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規產品。
[0027]本專利技術的一個方面，涉及一種磷酸鐵的制備方法，制備流程如圖1所示，包括以下步驟：
[0028](a)將硫鐵礦和硫磺的混合物進行煅燒，得到氣體A1和反應物A2，煅燒產生的熱量可用于制備蒸汽；將所述氣體A1溶解于水中，并通入氧氣，得到溶液C；
[0029](b)向所述反應物A2中加入鐵粉和所述溶液C后反應制得溶液D；
[0030](c)將磷礦和所述溶液C混勻后進行第一固液分離，得到濾液E1和濾餅F；向所述濾液E1中加入萃取劑后進行第一洗滌、第一凈化和第二固液分離，得到濾液E2；萃取劑可以重復利用；
[0031](d)向所述濾液E2中加入氨水，得到磷酸二氫銨溶液；向所述磷酸二氫銨溶液中加入雙氧水和氨水，得到溶液G；
[0032](e)所述溶液G和所述溶液D混合后進行攪拌反應、加熱陳化、第二洗滌和第三固液分離，得到濾餅H和溶液J；所述濾餅H經過后處理得到無水磷酸鐵。加熱陳化的加熱源可以采用蒸汽B。
[0033]所述的磷酸鐵的制備方法，可采用硫鐵礦的燃燒劇烈放熱，余熱利用從而提供蒸汽；材料廉價易得，能量可重復多次再利用，副產物循環再利用，保障了降本增效，降低了合
成成本；且制取的無水磷酸鐵顆粒尺寸小、球形度好、性能參數可控，可定制化，充分保障了磷酸鐵鋰正極材料的合成制備。
[0034]優選地，所述雙氧水的水含量≥27vol％。
[0035]優選地，所述硫鐵礦和所述硫磺的摩爾比為1：(6.75～7.5)(例如1：6.75、1：6.8、1：6.85、1：6.9、1：6.95、1：7.1、1：7.2、1：7.3、1：7.4、或1：7.5)。
[0036]優選地，步驟(a)中，所述溶液C的質量濃度為30％～40％(例如30％、32％、34％、36％、38％或40％)。
[0037]優選地，步驟(b)中，所述反應物A2中的Fe2O3、所述鐵粉中的鐵原子和所述溶液C中的硫酸的摩爾比為1：(1.0～1.2)：(3.0～3.4)(例如1：1.0：3.2、1：1.05：3.1、1：1.1：3.0或1：1.2：3.4)。
[0038]優選地，步驟(b)中，所述溶液D的濃度為90～150g/L(例如90g/L、100g/L、110g/L、120g/L、130g/L、140g/L或150g/L)。
[0039]優選地，步驟(c)中，所述濾液E1的濃度為60～120g/L(例如60g/L、70g/L、80g/L、90g/L、100g/L、110g/L或120g/L)。
[0040]優選地，所述本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種磷酸鐵的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：(a)將硫鐵礦和硫磺的混合物進行煅燒，得到氣體A1和反應物A2；將所述氣體A1溶解于水中，并通入氧氣，得到溶液C；(b)向所述反應物A2中加入鐵粉和所述溶液C后反應制得溶液D；(c)將磷礦和所述溶液C混勻后進行第一固液分離，得到濾液E1和濾餅F；向所述濾液E1中加入萃取劑后進行第一洗滌、第一凈化和第二固液分離，得到濾液E2；(d)向所述濾液E2中加入氨水，得到磷酸二氫銨溶液；向所述磷酸二氫銨溶液中加入雙氧水和氨水，得到溶液G；(e)所述溶液G和所述溶液D混合后進行攪拌反應、加熱陳化、第二洗滌和第三固液分離，得到濾餅H和溶液J；所述濾餅H經過后處理得到無水磷酸鐵。2.根據權利要求1所述的磷酸鐵的制備方法，其特征在于，所述硫鐵礦和所述硫磺的摩爾比為1：(6.75～7.5)；優選地，步驟(a)中，所述溶液C的質量濃度為30％～40％。3.根據權利要求1所述的磷酸鐵的制備方法，其特征在于，步驟(b)中，所述反應物A2中的Fe2O3、所述鐵粉中的鐵原子和所述溶液C中的硫酸的摩爾比為1：(1.0～1.2)：(3.0～3.4)；優選地，步驟(b)中，所述溶液D的濃度為90～150g/L。4.根據權利要求1所述的磷酸鐵的制備方法，其特征在于，步驟(c)中，所述濾液E1的濃度為60～120g/L；優選地，所述萃取劑包括：磷酸三丁酯和磺化煤油；優選地，所述濾液E1中的磷酸和所述萃取劑中的磷酸三丁酯體積比為1：(2.5～4.0)；優選地，步驟(d)中，所述濾液E2中的磷原子與所述氨水中的氮原子的摩爾比為1：(1.0～1.2)；優選地，步驟(d)中，所述溶液G的pH為2.0～8.0...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳彭森，閆明，周大橋，金善龍，豆君，任明明，
申請(專利權)人：河南龍佰新材料科技有限公司，
類型：發明
國別省市：