[发明专利]一种由金属镍钴铁粉制备磷酸铁和氢氧化镍钴锰电池前驱体材料的方法

权利要求书

1.一种由金属镍钴铁粉制备磷酸铁和氢氧化镍钴锰电池前驱体材料的方法，其特征在于：以金属镍钴铁粉作为原料，加入一定量的MnO₂进行硫酸浸出，得到浸出液；以浸出液为原料，加入磷酸/磷酸盐进行选择性沉淀铁，同时制备多金属共掺杂的锂离子电池正极前驱体材料—FePO₄；滤液经进一步定向除杂后得到富镍、钴、锰的净化液，通过添加适量氢氧化钠及适量的硫酸钴，以快速共沉淀法合成出金属离子掺杂的纳米级晶体Ni_xCo_yMn_z(OH)₂；其中x+y+z=1；

所加入的分析纯MnO₂摩尔量与镍钴铁粉中金属总量的摩尔量之比为0.5:1~1.5:1；

所用浸出剂为硫酸，初始酸浓度为2~3 mol/L，液固比为8~11 mL/g，浸出温度为25~85℃，浸出时间为60~120 min，搅拌速率为100~500 r/min；

以所得浸出液为原料，按设定量加入磷酸/磷酸盐进行选择性沉淀，磷酸根初始浓度为1~3 mol/L，温度为50~80℃，反应时间为1~20 min，磷酸根与铁的摩尔量之比为1.0~1.1，搅拌速率为300~700 r/min；所述磷酸/磷酸盐为磷酸、磷酸钠、磷酸锂、磷酸铵的一种或多种；

以所得沉铁滤液为原料，定量加入NaF，所加入的NaF的摩尔量与沉铁滤液中的Ca、Mg、Cr的摩尔总量之比为1~1.1；pH控制在1~3；反应时间为10~60 min；反应温度为 20~80℃；

所得前驱体材料的D90小于等于0.5微米；D50为0.25~0.35微米；D10为0.08~0.15微米。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述金属镍钴铁粉是以红土镍矿直接还原-磁选所得金属镍钴铁粉。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：以金属镍钴铁粉作为原料，加入一定量的MnO₂在常压条件下进行硫酸浸出，确保浸出液中Fe、Co、Ni元素的浸出率均达到95%以上，得到浸出液。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：磷酸铁沉淀经过滤-烘干后进行研磨，将颗粒磨细至一定粒级，所得产品即为水合磷酸铁，用作电池正极材料磷酸铁锂的前驱体，在沉铁环节产品中掺杂的微量金属杂质元素作为在前驱体中预掺杂金属离子的过程，并在后期的电化学性能测试中对比体现出离子掺杂改性的优越性。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：以沉铁-除杂后的净化液为原料，按照LiNi_1-2xCo_xMn_xO₂中Ni、Co、Mn的摩尔比定量补充MSO₄，以调节净化液中Ni、Co、Mn的摩尔比为8:1:1、6:2:2或0.9:0.05:0.05，采用快速共沉淀法合成Ni_xCo_yMn_z(OH)₂，其中x+y+z=1；所述M选自Ni、Co、Mn中的一种或多种。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：以补充了硫酸盐后的净化液为原料，将配成的溶液置于40~60℃的水浴锅中，在保护气气氛下，加入NaOH溶液，并控制溶液的pH稳定在10~12；搅拌速率为500~900 r/min，反应时间为1~60 min，反应完成后过滤；滤渣用pH=10~11的NaOH溶液清洗三次，置于80~120℃的烘箱中干燥12~24 h，所得产物即为微量金属离子掺杂的纳米晶Ni_0.6Co_0.2Mn_0.2(OH)₂、Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1(OH)₂或Ni_0.9Co_0.05Mn_0.05(OH)₂；以摩尔数计，NaOH的加入量为Ni、Co、Mn总摩尔量的2倍。