[发明专利]一种磷酸铁锂正极材料用氧化铁红及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种磷酸铁锂正极材料用氧化铁红及其制备方法与应用。该制备方法包括以下步骤：(1)将钛白粉厂的废弃物固体硫酸亚铁加入水中溶解，再加入无机聚合物絮凝剂，静置后得到硫酸亚铁澄清溶液；(2)将硫酸亚铁澄清液加入到氧化桶中，再加入水溶性丙烯酸聚合物改性剂及分散剂搅拌均匀，随后加入液碱迅速调节溶液pH值为11.0～14.0，并继续氧化反应，制得棕红色晶种，(3)将所得晶种进行氧化反应，得磷酸铁锂正极材料用氧化铁红。本发明采用纯液相法生产，制得的氧化铁红无毒环保、粉体细度超前、重金属含量低、阻燃性好、纯度高。相比于传统方法生产的氧化铁红，无论在制备工艺、产品纯度及粒径上，都有很大的优势。

技术领域

本发明属于电池正极材料领域，涉及氧化铁红的制备方法，特别涉及一种磷酸铁锂正极材料用氧化铁红及其制备方法与应用。

背景技术

氧化铁红又称铁红、铁氧红，是目前世界上用量最大的彩色无机颜料，其化学式为Fe₂O₃。氧化铁红具有优越的耐光、耐高温、耐碱和耐大气影响等性能，原料简单易得，又可充分利用其他工业的废副资源，且毒性小、用途广泛，普遍用于建筑、橡胶、塑料和涂料等工业。由于不可替代能源的不断消耗以及迫在眉睫的环境问题，高性能、低成本的锂离子动力电池及相关材料技术获得快速发展。氧化铁红作为磷酸铁锂电池的主要成分，具有无毒、无污染、原材料来源广泛、价格便宜，寿命长等优点，具有优良的循环性能、耐高温性能和安全性能。作为高效率能量储存装置的超级电容器，氧化铁红也被认为是一种很有前途的电极材料，因为它具有较大的容量、储量大，无毒等其他材料不具备的优点。

近年来，我国新能源汽车产销量的双丰收带动了整个上下游产业链快速发展，特别是对动力电池的需求量不断攀升。由于动力电池占新能源整车制造成本的大约30～40％，要使新能源汽车更具价格优势，形成足够的市场竞争力，就必须降低动力电池成本。而在动力电池的构成成本当中，正极材料的成本超过40％，所以如何降低正极材料的成本成为关键。氧化铁红的用量占磷酸铁锂电池正极材料总重量的50％以上，原料价格低，在成本方面具有明显优势。

现有技术中氧化铁红的生产工艺有硫酸法、硝酸法、混酸法，还有干法铁红。其中混酸法氧化铁红是目前市场上常用的一种工艺技术。然而其存在废水中含有大量的氨氮、不环保、并且杂质(铁屑较多)颗粒太粗，经过反复加工也无法使产品晶核变小，严重制约锂电池里用磷酸铁锂的锂电材料产业化发展。例如申请公布号为CN109133184A，申请公布日为2019.01.04的中国专利：一种锂电池用氧化铁红的制备方法，该专利公开了一种通过硫酸亚铁废液溶解后制备氧化铁红的方法，虽然该方法性能良好，但是其工艺繁琐，需要加入NaH₂PO₄来调节反应过程，造成二次污染及影响产品纯度。而公布号为CN106115793A、公布日为2016.11.16的中国专利申请：一种氧化铁红颜料及其制备方法，该方法生产的氧化铁红，属于颜料技术领域，不属于电池材料领域。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是为了提供一种磷酸铁锂正极材料用氧化铁红及其制备方法与应用。该方法不同于传统干法、混酸湿法，该方法为纯液相法。以满足工业化生产要求的环保、低能耗、高产率、高产品稳定性、废物回收利用等要求。

为了实现上述发明的目的，本发明至少通过以下技术方案之一来实现。

一种磷酸铁锂正极材料用氧化铁红的制备方法，包括以下步骤：

(1)将钛白粉厂的废弃物固体硫酸亚铁加入水中搅拌充分溶解，得硫酸亚铁溶液；再加入无机聚合物絮凝剂，静置后去除杂质沉淀，得到硫酸亚铁澄清溶液；

(2)将硫酸亚铁澄清液加入到氧化桶中，再加入水溶性丙烯酸聚合物改性剂及分散剂搅拌均匀，得混合物；随后加入液碱迅速调节溶液pH值为11.0～14.0，并继续氧化反应，制得棕红色晶种，所述晶种在1小时之内反应液的pH值保持在5.0～7.0的范围内；