一种磷酸铁及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种磷酸铁及其制备方法和应用。该方法包括：将硫铁矿和硫磺的混合物煅烧，得到气体A1和反应物A2；将气体A1溶于水中，通入氧气，得溶液C；向反应物A2中加入铁粉和溶液C后反应制得溶液D；将磷矿和溶液C混匀后进行第一固液分离，得滤液E1和滤饼F；向滤液E1中加入萃取剂后进行第一洗涤、第一净化和第二固液分离，得到滤液E2；向滤液E2中加入氨水，得到磷酸二氢铵溶液；向磷酸二氢铵溶液中加入双氧水和氨水，得到溶液G；溶液G和所述溶液D混合后进行搅拌反应、加热陈化、第二洗涤和第三固液分离，得到滤饼H和溶液J。该方法简单，成本低，能量可重复多次再利用，副产物循环再利用，制备得到的磷酸铁性能参数良好。得到的磷酸铁性能参数良好。得到的磷酸铁性能参数良好。

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸铁及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池正极材料合成
，具体而言，涉及一种磷酸铁及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]磷酸铁是合成磷酸铁锂正极材料的重要前驱体。而磷酸铁锂正极材料因其具有良好的安全特性、循环特性、合成成本低、原材料丰富等显著优势，越来越受到动力型、储能型新能源锂电池的青睐。且随着“碳达峰、碳中和”政策的提出，推动了新能源电池的蓬勃发展，导致磷酸铁锂的需求量越来越大。这样对前驱体磷酸铁提出了更高的要求，然而，传统的湿法合成磷酸铁存在以下弊端：副产物无法有效综合利用，陈化阶段加热所用的蒸汽需要外购，不利于降本增效、不利于提高物料的综合率。
[0003]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0004]本专利技术的一个方面，涉及一种磷酸铁的制备方法，包括以下步骤：
[0005](a)将硫铁矿和硫磺的混合物进行煅烧，得到气体A1和反应物A2；将所述气体A1溶解于水中，并通入氧气，得到溶液C；
[0006](b)向所述反应物A2中加入铁粉和所述溶液C后反应制得溶液D；
[0007](c)将磷矿和所述溶液C混匀后进行第一固液分离，得到滤液E1和滤饼F；向所述滤液E1中加入萃取剂后进行第一洗涤、第一净化和第二固液分离，得到滤液E2；
[0008](d)向所述滤液E2中加入氨水，得到磷酸二氢铵溶液；向所述磷酸二氢铵溶液中加入双氧水和氨水，得到溶液G；
[0009](e)所述溶液G和所述溶液D混合后进行搅拌反应、加热陈化、第二洗涤和第三固液分离，得到滤饼H和溶液J；所述滤饼H经过后处理得到无水磷酸铁。
[0010]所述的磷酸铁的制备方法，方法简单，制备成本低，能量可重复多次再利用，副产物循环再利用，制备得到的磷酸铁性能参数良好。
[0011]本专利技术的另一个方面，还涉及所述的磷酸铁的制备方法制备得到的磷酸铁。
[0012]所述的磷酸铁，颗粒尺寸小、球形度好、流动性强、性能参数可控，为磷酸铁锂正极材料的制备提供了充分的保障。
[0013]本专利技术的另一个方面，还涉及一种磷酸铁锂正极材料，主要由所述的磷酸铁制得。
[0014]本专利技术的另一个方面，还涉及一种锂离子电池，包括所述的磷酸铁锂正极材料。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0016](1)本专利技术提供的磷酸铁的制备方法，可采用硫铁矿的燃烧剧烈放热，余热利用从而提供蒸汽；材料廉价易得，能量可重复多次再利用，副产物循环再利用，保障了降本增效，降低了合成成本；且制取的无水磷酸铁颗粒尺寸小、球形度好、性能参数可控，可定制化，充分保障了磷酸铁锂正极材料的合成制备。
[0017](2)本专利技术提供的磷酸铁，颗粒尺寸小、球形度好、流动性强、性能参数可控，为磷酸铁锂正极材料的制备提供了充分的保障。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1为本专利技术提供的磷酸铁制备方法的流程图；
[0020]图2为本专利技术实施例1制备磷酸铁的SEM图；
[0021]图3为本专利技术实施例2制备磷酸铁的SEM图；
[0022]图4为本专利技术实施例3制备磷酸铁的SEM图；
[0023]图5为本专利技术对比例1制备磷酸铁的SEM图；
[0024]图6为本专利技术对比例2制备磷酸铁的SEM图；
[0025]图7为本专利技术的制备磷酸铁的实施例1、实施例2、实施例3、对比例1和对比例2的XRD衍射图。
具体实施方式
[0026]下面将结合附图和具体实施方式对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0027]本专利技术的一个方面，涉及一种磷酸铁的制备方法，制备流程如图1所示，包括以下步骤：
[0028](a)将硫铁矿和硫磺的混合物进行煅烧，得到气体A1和反应物A2，煅烧产生的热量可用于制备蒸汽；将所述气体A1溶解于水中，并通入氧气，得到溶液C；
[0029](b)向所述反应物A2中加入铁粉和所述溶液C后反应制得溶液D；
[0030](c)将磷矿和所述溶液C混匀后进行第一固液分离，得到滤液E1和滤饼F；向所述滤液E1中加入萃取剂后进行第一洗涤、第一净化和第二固液分离，得到滤液E2；萃取剂可以重复利用；
[0031](d)向所述滤液E2中加入氨水，得到磷酸二氢铵溶液；向所述磷酸二氢铵溶液中加入双氧水和氨水，得到溶液G；
[0032](e)所述溶液G和所述溶液D混合后进行搅拌反应、加热陈化、第二洗涤和第三固液分离，得到滤饼H和溶液J；所述滤饼H经过后处理得到无水磷酸铁。加热陈化的加热源可以采用蒸汽B。
[0033]所述的磷酸铁的制备方法，可采用硫铁矿的燃烧剧烈放热，余热利用从而提供蒸汽；材料廉价易得，能量可重复多次再利用，副产物循环再利用，保障了降本增效，降低了合
成成本；且制取的无水磷酸铁颗粒尺寸小、球形度好、性能参数可控，可定制化，充分保障了磷酸铁锂正极材料的合成制备。
[0034]优选地，所述双氧水的水含量≥27vol％。
[0035]优选地，所述硫铁矿和所述硫磺的摩尔比为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]优选地，步骤(a)中，所述溶液C的质量浓度为30％～40％(例如30％、32％、34％、36％、38％或40％)。
[0037]优选地，步骤(b)中，所述反应物A2中的Fe2O3、所述铁粉中的铁原子和所述溶液C中的硫酸的摩尔比为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]优选地，步骤(b)中，所述溶液D的浓度为90～150g/L(例如90g/L、100g/L、110g/L、120g/L、130g/L、140g/L或150g/L)。
[0039]优选地，步骤(c)中，所述滤液E1的浓度为60～120g/L(例如60g/L、70g/L、80g/L、90g/L、100g/L、110g/L或120g/L)。
[0040]优选地，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磷酸铁的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)将硫铁矿和硫磺的混合物进行煅烧，得到气体A1和反应物A2；将所述气体A1溶解于水中，并通入氧气，得到溶液C；(b)向所述反应物A2中加入铁粉和所述溶液C后反应制得溶液D；(c)将磷矿和所述溶液C混匀后进行第一固液分离，得到滤液E1和滤饼F；向所述滤液E1中加入萃取剂后进行第一洗涤、第一净化和第二固液分离，得到滤液E2；(d)向所述滤液E2中加入氨水，得到磷酸二氢铵溶液；向所述磷酸二氢铵溶液中加入双氧水和氨水，得到溶液G；(e)所述溶液G和所述溶液D混合后进行搅拌反应、加热陈化、第二洗涤和第三固液分离，得到滤饼H和溶液J；所述滤饼H经过后处理得到无水磷酸铁。2.根据权利要求1所述的磷酸铁的制备方法，其特征在于，所述硫铁矿和所述硫磺的摩尔比为1：(6.75～7.5)；优选地，步骤(a)中，所述溶液C的质量浓度为30％～40％。3.根据权利要求1所述的磷酸铁的制备方法，其特征在于，步骤(b)中，所述反应物A2中的Fe2O3、所述铁粉中的铁原子和所述溶液C中的硫酸的摩尔比为1：(1.0～1.2)：(3.0～3.4)；优选地，步骤(b)中，所述溶液D的浓度为90～150g/L。4.根据权利要求1所述的磷酸铁的制备方法，其特征在于，步骤(c)中，所述滤液E1的浓度为60～120g/L；优选地，所述萃取剂包括：磷酸三丁酯和磺化煤油；优选地，所述滤液E1中的磷酸和所述萃取剂中的磷酸三丁酯体积比为1：(2.5～4.0)；优选地，步骤(d)中，所述滤液E2中的磷原子与所述氨水中的氮原子的摩尔比为1：(1.0～1.2)；优选地，步骤(d)中，所述溶液G的pH为2.0～8.0...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴彭森，闫明，周大桥，金善龙，豆君，任明明，
申请(专利权)人：河南龙佰新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：