[发明专利]一种电池级正磷酸铁及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种电池级正磷酸铁及其制备方法和应用，涉及储能材料技术领域，其制备方法包括以下步骤：向硫酸亚铁溶液中加入磷酸溶液，搅拌，调节反应体系的pH至2.0‑2.5，控制反应体系的温度为75‑85℃，通入气体氧化剂，然后加入絮凝剂，搅拌，反应完全后陈化；将反应产物进行压滤、洗涤，得二水磷酸铁；将二水磷酸铁物化造粒、煅烧，即得无水正磷酸铁。本发明采用共沉淀法制备正磷酸铁，利用磷酸亚铁的溶解度小，成核速度快而长大速度慢，易得到高分散的胶体的特性，并通过控制反应体系的pH和温度，加入絮凝剂及陈化处理等步骤，制备出粒径小且分布窄的超精细磷酸铁颗粒。使用该磷酸铁制备得到的磷酸铁锂材料表现出优异的低温性能。

技术领域

本发明涉及储能材料技术领域，尤其涉及一种电池级正磷酸铁及其制备方法和应用。

背景技术

随着磷酸铁锂锂离子电池在新能源汽车、风光储能、通讯基站、大型数据库储存等行业的广泛应用，磷酸铁锂正极材料的生产与制造也得到大力发展。磷酸铁锂正极材料的制备存在多种工艺技术路线，已经获得产业化的技术路线有氧化铁红路线、草酸亚铁路线、水热合成路线、正磷酸铁路线。经过2012年后行业和市场的实践与验证，正磷酸铁路线制备的磷酸铁锂具有电性能良好、杂质含量低、工艺步骤简单等突出优势，逐渐成为行业统一的技术趋势。这一背景下，给正磷酸铁制造行业带来巨大的发展机遇。

然而国内外电池级正磷酸铁的研究与生产起步都比较晚，即使A123、PHOSTECH等国外正极材料企业在磷酸铁锂研究之初就关注正磷酸铁的制备并投入技术研发，但规模化生产出商业化的正磷酸铁也是最近五到八年的事情。

国内正磷酸铁的技术基于早期低水平的陶瓷级、食品级产品模式，存在纯度波动、晶体结构不明确的问题，而且不少厂家在产品与技术开放阶段存在与正极材料制备脱节的现象，未能从源头解决磷酸铁锂低温性能差的缺陷。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种电池级正磷酸铁及其制备方法和应用，是以硫酸亚铁为原料，通过控制反应体系的pH和温度，加入絮凝剂及陈化处理等步骤，制备出粒径小且分布窄的超精细磷酸铁颗粒，利用该磷酸铁制备的磷酸铁锂材料表现出优异的低温性能。

本发明提出的一种电池级正磷酸铁的制备方法，包括以下步骤：

S1、向硫酸亚铁溶液中加入磷酸溶液，搅拌，调节反应体系的pH至2.0-2.5，控制反应体系的温度为75-85℃，通入气体氧化剂，然后加入絮凝剂，搅拌，反应完全后陈化；

S2、将S1中的反应产物进行压滤、洗涤，得二水磷酸铁；

S3、将二水磷酸铁物化造粒、煅烧，即得无水正磷酸铁。

在本发明中，以硫酸亚铁为原料，无需特殊的生产设备。而以氯化亚铁为原料，其反应体系对设备抗腐蚀性要求特别高，需要特殊的设备，此外，体系中的Cl^-、PO₄^3-、Fe³⁺会形成络合物，使得反应生成的磷酸铁的量减少，从而降低最终产品的收益率，且这些络合物较难除去，从而影响材料的性能。

优选地，S1中，将硫酸亚铁溶液加入反应釜中，搅拌的同时以40-60L/h的流量加入磷酸溶液，然后搅拌3-4h，再以100-120L/h的流量注入20-25％的碱液调节反应体系的pH至2.0-2.5，控制反应体系的温度为75-85℃，再以6-8m³/h的流量向反应体系中通入气体氧化剂，然后加入絮凝剂，搅拌3-4h，搅拌结束后静置陈化1-1.5h。

上述S1中，搅拌速率均控制在70-80Hz。

优选地，S1中，气体氧化剂为臭氧；优选地，絮凝剂为硫酸铁或氯化铁。