[发明专利]电池级无水磷酸铁及其制备方法

说明书

本发明涉及一种电池级无水磷酸铁及其制备方法，无水磷酸铁粉体由形貌规则的单分散橄榄形颗粒组成，振实密度高达1.5‑1.6g/cm3；采用以空气为氧化剂的氧化沉淀法，将二价铁盐与磷酸或磷酸盐的混合物水溶液加入pH值调节剂溶液控制pH值，通入空气，搅拌，反应生成含有铵根、氢氧根和结晶水的结晶态复合物，再经固液分离、洗涤、烘干得到NH4Fe2(OH)(PO4)2·2H2O粉体；该粉体在空气气氛中焙烧，分解除去铵根、氢氧根和结晶水，得到电池级无水磷酸铁。本发明电池级无水磷酸铁品质高，生产工艺简单、降低成本和污染。

技术领域

本发明涉及电池材料制备，具体公开一种电池级无水磷酸铁的制备方法。

背景技术

以磷酸铁锂为正极材料的锂离子储能电池将可能是太阳能、风能、潮汐能发电系统的绝配。因此，磷酸铁锂正极材料的研究不仅在锂离子电池领域具有重要价值，对太阳能、风能、潮汐能等新能源技术的发展应用也具有十分重要的意义。

目前看来，磷酸铁锂是最有可能真正大规模应用于动力型和储能型锂离子电池的理想材料。自从1997年美国的John B.Goodenough 教授提出这一材料以来，国内外对此进行了广泛而深入的研究。人们通过对材料进行表面包导电碳、内部掺导电物质、晶粒纳米化等手段提高材料的导电性；通过优化控制粉体的粒形、粒径及其分布提高材料的堆积密度。人们开发出多种制备工艺，有些已经应用于实际。

磷酸铁锂的主流制备工艺方法存在共同的缺点：

一是反应过程均有副产物盐类产生，如NaNO3、NaCl、Na2SO4等，副产物盐类存在于反应产生的母液中，在磷酸铁产品的洗涤液中也大量存在，直接排放将严重污染环境，废液处理将造成成本增加，副产物又是低价值产品；

二是生成的磷酸铁都含有一定的结晶水，通常为两个，即为 FePO4·2H2O；产品除结晶水外，通常还含有少量吸附水；由于含有结晶水和吸附水，磷酸铁的实际成分并不十分确定可靠，为生产磷酸铁锂时的精确配料带来一定困难；

另外，含有结晶水的产品在长期存放过程中，可能产生吸潮或风化现象，使产品成分随时间产生变化，对工艺的稳定性和产品一致性产生不利影响；因此，FePO4·2H2O不适于直接用作生产磷酸铁锂正极材料的原料，一般要进行必要的预处理。

而且工业上生产FePO4·2H2O普遍采用硫酸亚铁(FeSO4)为原料，成本较低。但采用现有工艺，必须消耗大量氧化剂如双氧水(H2O2)、次氯酸钠(NaClO)、氯酸钠(NaClO3)、过硫酸铵((NH4)2S2O8) 等，一定程度上增大了成本。

综上所述，采用含有结晶水的磷酸铁制备磷酸铁锂正极材料，具有成本高、污染大以及生产过程中精确配料困难的缺憾。

发明内容

本发明的目的在于：为解决以上问题提供一种电池级无水磷酸铁，品质高，生产工艺简单、降低成本和污染。

本发明采用的技术方案是这样的：

电池级无水磷酸铁，无水磷酸铁粉体由形貌规则的单分散橄榄形颗粒组成，振实密度高达1.5-1.6g/cm3。其制备方法具体步骤如下：

a、配制二价铁盐与磷酸或磷酸盐混合水溶液；

b、配制pH值调节剂溶液；

c、将上述配制好的二价铁盐与磷酸或磷酸盐混合水溶液、pH值调节剂溶液用泵分别连续输入到带搅拌的反应器中，通过空气压缩机，以一定流量向反应器中输入空气；通过恒温水浴，控制调节反应器内反应液的温度并保持在40-98℃范围内恒定；恒定二价铁盐与磷酸或磷酸盐混合水溶液以及空气的流量，控制调节反应器内反应液的pH 值为0.5-7.5并保持恒定；加料完成，继续搅拌陈化并持续通入空气氧化，生成结晶态复合物NH4Fe2(OH)(PO4)2·2H2O；