本發(fā)明涉及電池材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種新能源用電池級磷酸鐵的制備方法。
背景技術(shù)：
：鋰離子電池是新一代的綠色高能電池，具有電壓高、能量密度大、循環(huán)性能好、自放電小、無記憶效應(yīng)、工作溫度范圍寬等眾多優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于移動電話、筆記本電腦、數(shù)碼相機、攝錄機、電子儀表等，在UPS、電動工具、電動自行車、電動汽車、儲能電池等領(lǐng)域也具有光明的應(yīng)用前景。近年來，鋰離子電池的產(chǎn)量飛速增長，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，已成為在二十一世紀(jì)對國民經(jīng)濟和人民生活具有重要意義的高新技術(shù)產(chǎn)品。正交橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰正極材料已成為國內(nèi)外的研究熱點。該材料集中了鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰及其衍生物正極材料的各自優(yōu)點：不含貴重元素，原料廉價，資源極大豐富；結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，安全性能極佳，LiFePO4中的O與P以強共價鍵牢固結(jié)合，使材料很難析氧分解；高溫性能和熱穩(wěn)定性明顯優(yōu)于已知的其它正極材料；循環(huán)性能好；充電時體積縮小，與碳負(fù)極材料配合時的體積效應(yīng)好；與大多數(shù)電解液系統(tǒng)相容性好，儲存性能好；無毒，為真正的綠色材料。與鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰及其衍生物正極材料相比，磷酸鐵鋰正極材料在成本、高溫性能、安全性方面具有突出的優(yōu)勢，可望成為動力型和儲能型鋰離子電池理想的正極材料。磷酸鐵鋰正極材料的產(chǎn)業(yè)化和普及應(yīng)用對降低鋰離子電池成本，提高電池安全性，擴大鋰離子電池產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)鋰離子電池大型化、高功率化具有十分重大的意義；將使鋰離子電池在中大容量UPS、中大型儲能電池、電動工具、電動汽車中的應(yīng)用成為現(xiàn)實。而磷酸鐵鋰的制備廣泛采用磷酸鐵與鋰鹽經(jīng)過混合后再還原氣氛下煅燒制備，而作為磷酸鐵鋰重要原料的磷酸鐵，一般采用亞鐵鹽加入磷酸鹽、氧化劑等經(jīng)過液相沉淀制備，此工藝存在有以下的缺點：1.流程長，成本高，其包括亞鐵鹽的制備和凈化、液相沉淀、氧化和沉淀轉(zhuǎn)化、后處理等工序，流程長，磷酸鐵的回收率低，同時需要使用大量的亞鐵鹽、磷酸鹽、氧化劑等，成本高。2.污水產(chǎn)生量大，污水處理難，對環(huán)境存在一定的影響，在制備磷酸鐵過程中產(chǎn)生大量的含磷和含氨氮的廢水，需要進(jìn)行污水處理，同時在處理污水中產(chǎn)生大量的廢渣也需要進(jìn)行處理。技術(shù)實現(xiàn)要素：為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種新能源用電池級磷酸鐵的制備方法，方法簡單，工藝流程短，成本低，不產(chǎn)生廢水和廢渣，得到的產(chǎn)品純度高，粒度分布均勻，可得到納米級磷酸鐵。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：一種新能源用電池級磷酸鐵的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)溶解絡(luò)合，將含三價鐵的物質(zhì)與磷酸在20-120℃攪拌反應(yīng)10-300分鐘，然后經(jīng)過過濾到磷酸鐵絡(luò)合溶液和未反應(yīng)的濾渣，三氧化二鐵與磷酸的摩爾比為1:2-10，磷酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10-75％；(2)解絡(luò)沉淀，將磷酸鐵絡(luò)合溶液放入高壓釜內(nèi)，在100-180℃下攪拌反應(yīng)30-90分鐘，反應(yīng)時高壓釜內(nèi)的壓力為0.1-0.5Mpa，得到磷酸鐵沉淀和磷酸溶液，得到的磷酸溶液返回步驟(1)繼續(xù)使用。(3)將步驟(2)得到的磷酸鐵沉淀經(jīng)過過濾后加去離子水洗滌至洗水的pH為7-10，然后經(jīng)過烘干、破碎、篩分和混料，得到電池級磷酸鐵。進(jìn)一步的，所述的步驟1中含三價鐵的物質(zhì)為三氧化二鐵、氫氧化鐵、羥基氧化鐵中的至少一種，含三價鐵的物質(zhì)粒度為10-5000nm，攪拌轉(zhuǎn)速為50-500r/min。進(jìn)一步的，所述的步驟2攪拌轉(zhuǎn)速為50-500r/min。以三氧化二鐵為例，其基本的原理如下：1.溶解絡(luò)合反應(yīng)Fe2O3和H3PO4在一定的溫度、壓力下反應(yīng)生成磷酸鐵絡(luò)合溶液，其反應(yīng)方程式為：Fe2O3+H3PO4→FePO4.(H3PO4)x2.解絡(luò)沉淀反應(yīng)將磷酸鐵絡(luò)合溶液過濾后放入高壓反應(yīng)釜中，在一定溫度和壓力下反應(yīng)解絡(luò)生成粉紅色磷酸鐵沉淀，其反應(yīng)方程式為FePO4.(H3PO4)x→FePO4↓+.xH3PO4得到的磷酸鐵經(jīng)過后處理得到電池級磷酸鐵，而解絡(luò)合得到的溶液為磷酸溶液，磷酸溶液可返回繼續(xù)進(jìn)行溶解絡(luò)合反應(yīng)。由于生成的磷酸鐵絡(luò)合溶液可在一定的溫度和壓力下緩慢釋放出磷酸，從而得到磷酸鐵沉淀，可通過控制溫度和壓力來調(diào)整解絡(luò)合速度，從而可得到不同粒度的磷酸鐵，同時由于此反應(yīng)為均相沉淀，得到的磷酸鐵粒度更加均勻，分散性好。由于不添加鈉離子、硫酸根離子、氯離子等，產(chǎn)品純度更高。本發(fā)明的有益效果為：1.產(chǎn)品純度高，粒度可控，分散性好，粒度分布均勻，由于生成的磷酸鐵絡(luò)合溶液可在一定的溫度和壓力下緩慢釋放出磷酸，從而得到磷酸鐵沉淀，可通過控制溫度和壓力來調(diào)整解絡(luò)合速度，從而可得到不同粒度的磷酸鐵，同時由于此反應(yīng)為均相沉淀，得到的磷酸鐵粒度更加均勻，分散性好。由于不添加鈉離子、硫酸根離子、氯離子等，產(chǎn)品純度更高。2.流程短，成本低，采用此工藝，不需要其他的氧化劑等輔料，解絡(luò)合產(chǎn)生的磷酸溶液可返回使用，成本低。3.不產(chǎn)生污水，減少了污水處理，不對環(huán)境造成危害，由于基本無廢水外排，不使用含氨氮的原輔料，減少了污水處理，對環(huán)境不造成傷害。具體實施方式以下結(jié)合具體的實例，對本發(fā)明申請所述的一種新能源用電池級磷酸鐵的制備方法進(jìn)行描述和說明，目的是為了公眾更好的理解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，而不是對所述技術(shù)內(nèi)容的限制，在相同或近似的原理下，對所述工藝步驟進(jìn)行的改進(jìn)，包括反應(yīng)條件、所用試劑改進(jìn)和替換，達(dá)到相同的目的，則都在本發(fā)明申請所要求保護(hù)的技術(shù)方案之內(nèi)。實施例一一種新能源用電池級磷酸鐵的制備方法，包括以下步驟：(1)溶解絡(luò)合，將含三價鐵的物質(zhì)與磷酸在90℃攪拌反應(yīng)60分鐘，然后經(jīng)過過濾到磷酸鐵絡(luò)合溶液和未反應(yīng)的濾渣，三氧化二鐵與磷酸的摩爾比為1:3，磷酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65％；(2)解絡(luò)沉淀，將磷酸鐵絡(luò)合溶液放入高壓釜內(nèi)，在140℃下攪拌反應(yīng)60分鐘，反應(yīng)時高壓釜內(nèi)的壓力為0.2Mpa，得到磷酸鐵沉淀和磷酸溶液，得到的磷酸溶液返回步驟(1)繼續(xù)使用。(3)將步驟(2)得到的磷酸鐵沉淀經(jīng)過過濾后加去離子水洗滌至洗水的pH為7.5，然后經(jīng)過烘干、破碎、篩分和混料，得到電池級磷酸鐵。進(jìn)一步的，所述的步驟1中含三價鐵的物質(zhì)為三氧化二鐵，三氧化二鐵的粒度為100nm，攪拌轉(zhuǎn)速為300r/min。進(jìn)一步的，所述的步驟2攪拌轉(zhuǎn)速為400r/min。最終得到的電池級磷酸鐵的指標(biāo)如下：指標(biāo)主含量SO42-Na+Cl-數(shù)值99.85％11ppm15ppm10ppm指標(biāo)D10D50D90D99數(shù)值20nm31nm43nm46nm實施例二一種新能源用電池級磷酸鐵的制備方法，包括以下步驟：(1)溶解絡(luò)合，將含三價鐵的物質(zhì)與磷酸在95℃攪拌反應(yīng)70分鐘，然后經(jīng)過過濾到磷酸鐵絡(luò)合溶液和未反應(yīng)的濾渣，三氧化二鐵與磷酸的摩爾比為1:3.5，磷酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60％；(2)解絡(luò)沉淀，將磷酸鐵絡(luò)合溶液放入高壓釜內(nèi)，在130℃下攪拌反應(yīng)60分鐘，反應(yīng)時高壓釜內(nèi)的壓力為0.15Mpa，得到磷酸鐵沉淀和磷酸溶液，得到的磷酸溶液返回步驟(1)繼續(xù)使用。(3)將步驟(2)得到的磷酸鐵沉淀經(jīng)過過濾后加去離子水洗滌至洗水的pH為7.5，然后經(jīng)過烘干、破碎、篩分和混料，得到電池級磷酸鐵。進(jìn)一步的，所述的步驟1中含三價鐵的物質(zhì)為羥基氧化鐵，羥基氧化鐵的粒度為200nm，攪拌轉(zhuǎn)速為300r/min。進(jìn)一步的，所述的步驟2攪拌轉(zhuǎn)速為450r/min。最終得到的電池級磷酸鐵的指標(biāo)如下：指標(biāo)主含量SO42-Na+Cl-數(shù)值99.81％8ppm13ppm11ppm指標(biāo)D10D50D90D99數(shù)值70nm92nm113nm119nm實施例三一種新能源用電池級磷酸鐵的制備方法，包括以下步驟：(1)溶解絡(luò)合，將含三價鐵的物質(zhì)與磷酸在110℃攪拌反應(yīng)80分鐘，然后經(jīng)過過濾到磷酸鐵絡(luò)合溶液和未反應(yīng)的濾渣，三氧化二鐵與磷酸的摩爾比為1:2.5，磷酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50％；(2)解絡(luò)沉淀，將磷酸鐵絡(luò)合溶液放入高壓釜內(nèi)，在120℃下攪拌反應(yīng)70分鐘，反應(yīng)時高壓釜內(nèi)的壓力為0.18Mpa，得到磷酸鐵沉淀和磷酸溶液，得到的磷酸溶液返回步驟(1)繼續(xù)使用。(3)將步驟(2)得到的磷酸鐵沉淀經(jīng)過過濾后加去離子水洗滌至洗水的pH為8.0，然后經(jīng)過烘干、破碎、篩分和混料，得到電池級磷酸鐵。進(jìn)一步的，所述的步驟1中含三價鐵的物質(zhì)為氫氧化鐵，氫氧化鐵的粒度為500nm，攪拌轉(zhuǎn)速為400r/min。進(jìn)一步的，所述的步驟2攪拌轉(zhuǎn)速為450r/min。最終得到的電池級磷酸鐵的指標(biāo)如下：指標(biāo)主含量SO42-Na+Cl-數(shù)值99.87％9ppm12ppm10ppm指標(biāo)D10D50D90D99數(shù)值100nm120nm143nm150nm實施例四一種新能源用電池級磷酸鐵的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：一種新能源用電池級磷酸鐵的制備方法，包括以下步驟：(1)溶解絡(luò)合，將含三價鐵的物質(zhì)與磷酸在105℃攪拌反應(yīng)60分鐘，然后經(jīng)過過濾到磷酸鐵絡(luò)合溶液和未反應(yīng)的濾渣，三氧化二鐵與磷酸的摩爾比為1:2.2，磷酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50％；(2)解絡(luò)沉淀，將磷酸鐵絡(luò)合溶液放入高壓釜內(nèi)，在140℃下攪拌反應(yīng)60分鐘，反應(yīng)時高壓釜內(nèi)的壓力為0.25Mpa，得到磷酸鐵沉淀和磷酸溶液，得到的磷酸溶液返回步驟(1)繼續(xù)使用。(3)將步驟(2)得到的磷酸鐵沉淀經(jīng)過過濾后加去離子水洗滌至洗水的pH為7.2，然后經(jīng)過烘干、破碎、篩分和混料，得到電池級磷酸鐵。進(jìn)一步的，所述的步驟1中含三價鐵的物質(zhì)為三氧化二鐵，三氧化二鐵的粒度為900nm，攪拌轉(zhuǎn)速為400r/min。進(jìn)一步的，所述的步驟2攪拌轉(zhuǎn)速為500r/min。最終得到的電池級磷酸鐵的指標(biāo)如下：本發(fā)明不局限于上述最佳實施方式，任何人在本發(fā)明的啟示下都可得出其他各種形式的產(chǎn)品，但不論在其形狀或結(jié)構(gòu)上作任何變化，凡是具有與本申請相同或相近似的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 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