[发明专利]以锂矿为锂源生产磷酸亚铁锂的方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池材料领域，具体涉及一种以锂矿为锂源生产磷酸亚铁锂的制备方法。

背景技术

自1994年Goodenough研究组发现磷酸金属锂，1997年A.K.Padhi首次报道橄榄石型磷酸亚铁锂具有脱锂嵌锂功能以来，磷酸亚铁锂以其比容量高、循环寿命长、安全、原料来源丰富且便宜、环境友好等优点被广泛研究，并成为生产锂离子电池的理想正极材料。近年来，在各国政府的大力支持下，磷酸亚铁锂动力电池的商品化应用程度日益提高。

已有的磷酸亚铁锂制备方法包括高温固相合成法(例如，A.K.Padhi，K.S.Nanjundaswamy，J.B.Goodenough，Phospho-Olivines as Positive-Electrode Materials for Rechargeable Lithium Batteries，J.Electrochem.Soc.，1997，144，1188-1194)、低温液相合成法(如CN03102665.6)、液相共沉淀法、水热合成法等。其中，高温固相法生产过程中存在亚铁离子易氧化，Fe³⁺不易完全还原为Fe²⁺，从而存在磷酸亚铁锂的电阻高，产品的一致性和稳定性较差等缺陷。另外，液相共沉淀法、水热合成法等现有磷酸亚铁锂制备方法中使用的起始原料通常为锂盐，例如，CN200510132431.4公开了一种富锂型磷酸铁锂粉体的制备方法，以碳酸锂、草酸锂、醋酸锂或硝酸锂为锂源；ZL200410017382.5公开了含磷酸亚铁锂盐-碳的锂离子电池正极复合材料的制备方法，以碳酸锂、氢氧化锂、草酸锂、醋酸锂或磷酸锂为锂源；CN200610136737.1公开了一种合成纳米级磷酸铁锂粉体的方法，以碳酸锂、氢氧化锂、硝酸锂、氯化锂或磷酸二氢锂为锂源；CN200610035986.1公开了高温固相合成磷酸铁锂正极材料的方法，以碳酸锂、氟化锂、醋酸锂、氢氧化锂或硝酸锂为锂源。然而，以成品锂盐为锂源制备磷酸亚铁锂的生产成本非常昂贵，锂盐的加工、精制、纯化、流通、储藏等环节，且需要进一步回收处理锂盐、磷酸亚铁锂生产过程中的副产品，不仅增加生产成本，且资源利用率不高，并带来环境污染，与现行提倡的循环经济不符。

为了制备电池级的磷酸铁锂，尤其是为了提高放电容量，通常采用高纯度的碳酸锂、氢氧化锂、草酸锂、醋酸锂或磷酸锂，使其能够满足锂离子电池的使用。要得到1C放电容量可达140mAh/g以上的磷酸铁锂其成本显然很高。

为此，本领域需要寻找一种更为经济、有效的磷酸亚铁锂的制备方法，既可以有效降低磷酸亚铁锂的生产成本，又能够保证产品具有优异的使用性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种以锂矿为锂源生产磷酸亚铁锂的方法，该方法可以很好地将锂矿制备锂源的生产与磷酸亚铁锂的生产相衔接，并且能得到纯度99.9％以上的磷酸亚铁锂，1C放电容量可达140mAh/g以上。

本发明的技术方案：

(1)锂矿处理得到锂源溶液：

将锂矿煅烧、酸化、加入水浸出，调节pH值到5.7-6.2，静置，过滤，得母液1；

调节母液1pH 8.5-9.7，静置，过滤，得母液2；

调节母液2pH 10-10.8，静置，过滤，得母液3；

检测母液3中Ca²⁺浓度，加入等摩尔的Na₂CO₃，搅拌，静置，过滤，得母液4；

蒸发浓缩母液4，至其Li⁺浓度为65-75g/L，过滤，得母液5；

检测母液5中的SO₄^2-浓度，加入钠盐，将母液5中的SO₄^2-全部转化成Na₂SO₄，搅拌，冷却结晶，过滤，得母液6；

蒸发浓缩母液6，至其含锂量为25-27g/L，作为锂源溶液；

(2)液相合成：

亚铁盐溶液、磷源溶液与步骤(1)制备得到的锂源溶液在搅拌状态下加入反应釜，继续搅拌并加热升温至150-220℃，保温220-720分钟，冷却后过滤收集滤饼；

(3)固相包覆反应：

滤饼洗涤后加水成泥浆，再加入糖原料，混合均匀后干燥，然后在惰性气体保护下于650-1000℃下煅烧3-15小时，即得碳包覆的磷酸亚铁锂。