一种利用氧化铁红废料合成球形磷酸铁前驱体及磷酸铁锂正极材料的方法与流程

本发明属于锂离子电池材料，具体涉及一种利用氧化铁红废料合成球形磷酸铁前驱体及磷酸铁锂正极材料的方法。

背景技术：

1、在日益电动化的今天，磷酸铁锂电池凭借其优异的电化学性能和成本优势，正在不断扩大其市场份额的占比，面对需求日益增涨的市场，低成本生产对于磷酸铁锂行业降本增益具有重要意义。

2、目前，生产磷酸铁锂的工艺路线包括草酸铁工艺、铁红工艺、水热工艺以及磷酸铁工艺。其中，草酸铁工艺会在烧结过程中产生大量废气，环保压力大以及收率低；铁红工艺则对原材料铁红的纯度、粒度要求较高，导致该工艺生产的磷酸铁锂综合性能一般；水热工艺存在一定的安全隐患、需要搭配磷酸净化工艺导致成本偏高；磷酸铁工艺生产的磷酸铁锂综合性能好，但是也存在着成本较高的缺点。

3、为此本发明提供了一种从钢厂氧化铁红废料经提纯、酸解后进行磷酸铁前驱体合成，产品的元素分布均匀且结晶度好，电性能优异，铁源极其廉价，可大幅降低磷酸铁锂的生产成本。

技术实现思路

1、针对现有工艺存在的缺陷和不足，本发明的目的是在于提供一种利用氧化铁红废料合成球形磷酸铁前驱体及磷酸铁锂正极材料的方法，该方法旨在降低磷酸铁前驱体材料的制造成本。

2、为了实现上述技术目的，本发明提供了一种利用氧化铁红废料合成球形磷酸铁前驱体及磷酸铁锂正极材料的方法，包括以下步骤：

3、步骤(1)：将粗制氧化铁红进行提纯处理，主要分为两道：一是用强酸溶剂在液相搅拌状态下调节ph值，使不溶碳酸物和氢氧化物在酸性环境下分解；二是一次性用脱盐水将离子态杂质清洗去除，过滤烘干，得到精制氧化铁红；

4、步骤(2)：向步骤(1)中加入强酸溶剂和脱盐水，在一定搅拌、温度条件下将精制氧化铁红溶解成三价铁离子溶液；

5、步骤(3)：向步骤(2)中的三价铁离子液加入一定比例的含磷酸根的溶液，控制一定的铁磷比，升温至一定温度并保持一段时间，得到含有磷酸铁沉淀的浆料；

6、步骤(4)：向步骤(3)中的浆料中加入碱液，调整反应体系的ph值，使磷酸铁沉淀结晶完全；

7、步骤(5)：将步骤(4)的浆料进行多次洗涤，并取滤饼进行烘干和烧结脱水，即可得到磷酸铁前驱体；

8、步骤(6)：将得到磷酸铁和碳的复合物与一定比例的锂源、碳源混合，进行球磨-砂磨-喷雾-烧结工艺联用，即可得到磷酸铁锂正极材料。

9、相对现有技术，本发明技术方案带来的有益技术效果：

10、本发明中，采用极其廉价的氧化铁红废料作为铁源，并有效利用了强酸独特的高溶解特性，在均相体系中合成出球形度高的磷酸铁前驱体，对比磷酸铁传统工艺，本发明在实现成本大幅下降的基础上，所合成的磷酸铁锂材料保持了优异的电化学性能，对磷酸铁锂的降本增益具有重要的意义。

技术特征：

1.一种利用氧化铁红废料合成球形磷酸铁前驱体及磷酸铁锂正极材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种利用氧化铁红废料合成球形磷酸铁前驱体及磷酸铁锂正极材料的方法，其特征在于：所述步骤(1)中氧化铁红的含量范围在60～90％，脱盐水和氧化铁红的比例范围在1:1～10:1，强酸溶剂和氧化铁红的比例范围在0.1:1～1:1，转数范围在50～500转/分，温度范围在20～99℃，反应时间范围在1～5h，终点调节的ph值范围在0.50～2.50，强酸溶剂的种类为硝酸、硫酸、盐酸中的一种或者任何两种的混合酸。

3.根据权利要求1所述的一种利用氧化铁红废料合成球形磷酸铁前驱体及磷酸铁锂正极材料的方法，其特征在于：所述步骤(2)中脱盐水和氧化铁红的比例范围在1:1～10:1，转数范围在50～500转/分，温度范围在20～99℃，反应时间范围在1～5h。

4.根据权利要求1所述的一种利用氧化铁红废料合成球形磷酸铁前驱体及磷酸铁锂正极材料的方法，其特征在于：所述步骤(3)中脱盐水和氧化铁红的比例范围在1:1～10:1，强酸溶剂和氧化铁红的比例范围在1:1～10:1，转数范围在50～500转/分，温度范围在20～99℃，反应时间范围在1～5h，强酸溶剂的种类为硝酸、硫酸、盐酸中的任何一种或者任何两种的混合酸。

5.根据权利要求1所述的一种利用氧化铁红废料合成球形磷酸铁前驱体及磷酸铁锂正极材料的方法，其特征在于：所述步骤(4)中磷源范围为磷酸、磷酸二氢氨、磷酸一氢氨中的任何一种，磷源和铁源按照摩尔比例配比的范围为1.05:1～1.01:1，转数范围在50～500转/分，温度范围在20～99℃，合成时间范围在1～5h，所述碱源范围为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水中的任何一种。

6.根据权利要求1所述的一种利用氧化铁红废料合成球形磷酸铁前驱体及磷酸铁锂正极材料的方法，其特征在于：所述步骤(5)中烘干温度范围为70～120℃，烘干时间为2～15h。

7.根据权利要求1所述的一种利用氧化铁红废料合成球形磷酸铁前驱体及磷酸铁锂正极材料的方法，其特征在于：所述步骤(6)中烧结温度范围为400～650℃，烧结时间范围为2-8h。

8.根据权利要求1所述的一种利用氧化铁红废料合成球形磷酸铁前驱体及磷酸铁锂正极材料的方法，其特征在于：所述步骤(7)中碳源为淀粉、葡萄糖、peg、环糊精中的至少一种，所述的碳源比例为相对前驱体的5wt％～20wt％，所述的烧结气氛为氮气、氩气中的至少一种，所述的烧结温度为650～800℃，所述的烧结时间为6-15h。

技术总结
本发明公开了一种利用氧化铁红废料合成球形磷酸铁前驱体及磷酸铁锂正极材料的方法，该方法采用极其廉价的氧化铁红废料作为铁源，并有效利用了强酸独特的高溶解特性，在均相体系中合成出球形度高的磷酸铁前驱体，对比磷酸铁传统工艺，本发明在实现成本大幅下降的基础上，所合成的磷酸铁锂材料保持了优异的电化学性能，对磷酸铁锂的降本增益具有重要的意义。

技术研发人员：吴层,辜健,罗正兰,徐艳
受保护的技术使用者：重庆长荣新能源材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/7/18