【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術涉及電池材料，尤其涉及一種陽離子摻雜的磷酸鐵及其制備方法和應用。
技術介紹
1、磷酸鐵是一種重要的金屬磷酸鹽，作為制備鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的重要前驅體被廣泛應用。目前，磷酸鐵作為三價鐵源，因價格便宜且化學穩(wěn)定性高，正逐漸取代其他前驅體，成為核心前驅體生產具有高堆積密度、放電速率和容量的磷酸鐵鋰正極材料，而且在催化劑、鋼鐵、涂料以及污水處理等領域也被廣泛應用，例如，磷酸鐵因其對生物無毒可用作滅螺劑應用于有機農業(yè)中，磷酸鐵還可以應用到金屬表面起到防氧化的的保護作用，還有在三元材料表面包覆磷酸鐵，防止電解液和三元材料接觸出現(xiàn)副反應，改善電化學性能。
2、目前，磷酸鐵鋰材料作為動力和儲能市場主流，由優(yōu)質材料產能不足變?yōu)榱姿徼F鋰原材料磷酸鐵供應不足，人們著力于擴大磷酸鐵產能，尋求更廉價的原材料。現(xiàn)已有大量研究利用濕法磷酸制備磷酸鐵。例如cn116946996a公開了一種磷酸鐵的制備方法，其以副產亞鐵凈化液為鐵源，以濕法磷酸凈化液為磷源，混合氧化劑氧化反應后得到氧化液，將氧化液進行沉淀、陳化、洗滌和干燥后得到磷酸鐵產品，該方法萃取除雜效率低，所制得的磷酸鐵電化學性能較差，且工藝流程長、裝置結構復雜，導致成本較高。
3、cn118405676a公開了一種濕法磷酸及其相關酸制備電池級磷酸鐵的生產工藝，該工藝通過萃取、濃縮脫氟、化學脫氟、制備nh4h2po4溶液、反應、氧化、調節(jié)ph并分離沉淀、洗滌干燥，得到電池級磷酸鐵，涉及多次萃取分相過程，操作流程相當復雜，且原材料成本較高。
4、現(xiàn)有技術中
技術實現(xiàn)思路
1、為解決上述技術問題，本專利技術充分利用含鐵鎂磷酸中的鐵離子和鎂離子，實現(xiàn)了陽離子摻雜，有效調控磷酸鐵產品的晶格結構，形成晶格缺陷以影響磷酸鐵的電子結構，改變其電子傳輸路徑和遷移率，從而提高磷酸鐵的電化學性能，為制備高性能磷酸鐵鋰材料提供了優(yōu)質原料，而且解決了濕法磷酸中鐵離子和鎂離子的資源浪費問題，實現(xiàn)了濕法磷酸的高值化利用，降低了磷酸鐵鋰材料的原料成本。
2、為達此目的，本專利技術采用以下技術方案：
3、第一方面，本專利技術提供了一種陽離子摻雜的磷酸鐵的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：
4、(1)將含鐵鎂磷酸和萃取體系混合進行萃取除鋁，得到除鋁磷酸；
5、(2)將步驟(1)所述除鋁磷酸、鐵源和氧化劑混合，得到二水磷酸鐵；
6、(3)將步驟(2)所述二水磷酸鐵進行煅燒得到mg2+摻雜的磷酸鐵。
7、本專利技術步驟(1)中所述含鐵鎂磷酸來源于濕法磷酸，是采用硫酸、硝酸或鹽酸等無機酸分解磷礦粉，再經(jīng)分離凈化制得的磷酸。值得說明的是，在濕法磷酸生產過程中，磷礦中的鐵離子和鎂離子會全部進入磷酸溶液中，以離子的形式存在。
8、本專利技術充分利用含鐵鎂磷酸制備mg2+摻雜的磷酸鐵，將鎂離子摻雜到磷酸鐵的晶格中，從而獲得具有高電化學性能的陽離子摻雜的磷酸鐵產品，其中鎂離子摻雜的磷酸鐵晶胞體積減小，縮短了磷酸鐵鋰材料中l(wèi)i+的充放電傳輸路徑，從而提高電子遷移率；另外含鐵鎂磷酸中的鐵離子還能參與磷酸鐵的制備過程，相較于傳統(tǒng)采用濕法磷酸制備磷酸鐵時，省略了萃取去除鐵離子和鎂離子的步驟，減少了鐵源的添加量，實現(xiàn)了濕法磷酸的高值化利用，簡化了高導電率的磷酸鐵的制備過程，降低了磷酸鐵鋰材料的原料生產成本。
9、優(yōu)選地，步驟(1)所述含鐵鎂磷酸中fe3+含量＞0.2wt％，例如可以是0.25wt％、0.28wt％、0.30wt％、0.35wt％、0.40wt％、0.45wt％、0.50wt％、0.55wt％、0.60wt％、0.65wt％、0.70wt％、0.75wt％或0.80wt％等。
10、優(yōu)選地，步驟(1)所述含鐵鎂磷酸中mg2+含量≥0.8wt％，例如可以是0.8wt％、0.82wt％、0.85wt％、0.90wt％、0.95wt％、1.0wt％、1.05wt％、1.10wt％、1.15wt％、1.20wt％、1.25wt％、1.30wt％、1.35wt％、1.40wt％、1.45wt％或1.50wt％等。
11、優(yōu)選地，步驟(1)所述萃取體系包括萃取劑或萃取劑與稀釋劑的組合，優(yōu)選為所述萃取劑和稀釋劑的組合。
12、優(yōu)選地，所述萃取劑包括二(2-乙基己基)磷酸酯、磷酸三丁酯、仲碳伯胺、二(烷基苯基)磷酸或二(3,5-二甲基苯基)磷酸中的任意一種或至少兩種的組合，其中典型但非限制性的組合包括二(2-乙基己基)磷酸酯和磷酸三丁酯的組合、磷酸三丁酯和仲碳伯胺的組合或者二(2-乙基己基)磷酸酯和仲碳伯胺的組合等。
13、優(yōu)選地，所述稀釋劑包括異丁醇、航空煤油或260號溶劑油中的任意一種或至少兩種的組合，例如可以是異丁醇和航空煤油的組合、異丁醇和260號溶劑油的組合等。
14、優(yōu)選地，步驟(1)所述含鐵鎂磷酸與萃取體系的體積比為1:(1～5)，例如可以是1:1、1:2、1:3、1:4或1:5等。
15、本專利技術進一步優(yōu)選所述含鐵鎂磷酸與萃取體系的體積比為1:(1～5)，有利于鋁離子的充分去除；若所述含鐵鎂磷酸與萃取體系的體積比偏小，將導致萃取成本增加，鋁離子萃取分配比降低；若所述含鐵鎂磷酸與萃取體系的體積比偏大，將導致鋁離子萃取率低，無法實現(xiàn)鋁離子脫除。
16、優(yōu)選地，步驟(1)所述萃取除鋁的溫度為20～90℃，例如可以是20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃或90℃等，優(yōu)選為55～90℃。
17、優(yōu)選地，步驟(1)所述萃取除鋁的時間為5～60min，例如可以是5min、10min、15min、20min、25min、30min、35min、40min、45min、50min、55min或60min等。
18、優(yōu)選地，步驟(1)所述混合前，所述含鐵鎂磷酸先經(jīng)預處理以去除固體雜質。
19、優(yōu)選地，所述預處理包括過濾。
20、優(yōu)選地，步驟(2)所述混合包括：步驟(1)所述除鋁磷酸與鐵源進行第一混合，經(jīng)第一反應得到磷酸二氫亞鐵溶液；再將所述磷酸二氫亞鐵溶液與氧化劑進行第二混合，經(jīng)第二反應得到二水磷酸鐵。
21、優(yōu)選地，所述鐵源包括鐵鹽、鐵粉或含鐵廢物中的任意一種或至少兩種的組合，其中典型但非限制性的組合包括鐵鹽和鐵粉的組合、鐵粉和含鐵廢物的組合或者鐵鹽和含鐵廢物的組合等。
22、優(yōu)選地，所述鐵鹽包括硫酸鐵。
23、優(yōu)選地，所述鐵粉包括工業(yè)鐵粉、還原鐵粉或生鐵粉中的任意一種或至少兩種的組合，其中典型但非限制性的組合包括工業(yè)鐵粉和還原鐵粉的組合、還原鐵粉和生鐵粉的組合或者工業(yè)鐵粉和生鐵粉的組合等。
24、優(yōu)選地，所述含鐵廢物包本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
1.一種陽離子摻雜的磷酸鐵的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟：
2.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述含鐵鎂磷酸中Fe3+含量＞0.2wt％；
3.根據(jù)權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述萃取體系包括萃取劑或萃取劑與稀釋劑的組合，優(yōu)選為所述萃取劑和稀釋劑的組合；
4.根據(jù)權利要求1～3任一項所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述含鐵鎂磷酸與萃取體系的體積比為1:(1～5)；
5.根據(jù)權利要求1～4任一項所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述混合包括：步驟(1)所述除鋁磷酸與鐵源進行第一混合，經(jīng)第一反應得到磷酸二氫亞鐵溶液；再將所述磷酸二氫亞鐵溶液與氧化劑進行第二混合，經(jīng)第二反應得到二水磷酸鐵；
6.根據(jù)權利要求1～5任一項所述的制備方法，其特征在于，步驟(3)所述煅燒的溫度為450～550℃；
7.根據(jù)權利要求1～8任一項所述的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟：
8.一種陽離子摻雜的磷酸鐵，其特征在于，所述陽離子摻雜的磷
9.根據(jù)權利要求8所述的陽離子摻雜的磷酸鐵，其特征在于，所述陽離子摻雜的磷酸鐵的粒徑為20～60nm；
10.一種如權利要求8或9所述的陽離子摻雜的磷酸鐵的應用，其特征在于，所述陽離子摻雜的磷酸鐵用作制備磷酸鐵鋰電池材料的原料。
...【技術特征摘要】
1.一種陽離子摻雜的磷酸鐵的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟：
2.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述含鐵鎂磷酸中fe3+含量＞0.2wt％；
3.根據(jù)權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述萃取體系包括萃取劑或萃取劑與稀釋劑的組合，優(yōu)選為所述萃取劑和稀釋劑的組合；
4.根據(jù)權利要求1～3任一項所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述含鐵鎂磷酸與萃取體系的體積比為1:(1～5)；
5.根據(jù)權利要求1～4任一項所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述混合包括：步驟(1)所述除鋁磷酸與鐵源進行第一混合，經(jīng)第一反應得到磷酸二氫亞鐵溶液；再將所述磷酸...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：李會泉，朱干宇，楊悅，周俊生，孟子衡，顏坤，張文娟，
申請(專利權)人：中國科學院過程工程研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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