CN112864384A - 一种正极材料磷酸铁锂的制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种正极材料磷酸铁锂的制备方法，包括如下步骤：(1)将锂源、铁源和磷酸水溶液混合后形成混合液，混合液在搅拌下制得溶胶；(2)在加热搅拌下，溶胶挥发溶剂至完全后得到湿凝胶，将湿凝胶进行真空干燥，得到干凝胶；(3)将干凝胶研磨后得到粉状前驱体，并将其置于还原性气氛中进行热处理，得到磷酸铁锂。本发明还提供了一种锂离子电池，锂离子电池包括正极片、负极片、电解液和隔膜；其中，正极片包含上述制备方法制得的正极材料磷酸铁锂。本发明的方法降低了磷酸铁锂工业制备成本，制得的磷酸铁锂具有良好的电化学性能。

Description

一种正极材料磷酸铁锂的制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及锂离子电池正极材料的技术领域，特别涉及一种采用粉煤灰制备磷酸铁锂正极材料的制备方法及其应用。
背景技术
目前，新能源电动汽车是国家重点发展方向，动力电池是其主要部件。锂离子电池行业呈现稳步快速增长态势，其正极材料也将迎来前所未有的发展机遇。磷酸铁锂具有充放电电压平台平稳、循环寿命长、价格低廉、环境友好等优点，被认为是最具潜力的锂离子动力电池用正极材料之一。正极材料约占整个单体电池成本的30％，降低磷酸铁锂等正极材料的成本是发展电动汽车产业的关键。
当前，工业制备磷酸铁锂多采用磷酸铁、碳酸锂等为生产原材料。以磷酸铁为铁源制备的磷酸铁锂虽然其电性能优异，但是原料的价格高昂。为获得优质的磷酸铁锂，工业上对电池用磷酸铁的质量提出了较高要求。目前，工业上主要以分析纯级的铁盐及磷酸或磷酸盐为原料来制备电池级磷酸铁。随着全球锂、磷矿资源的日益减少，通过纯物质来制备磷酸铁会面临原料枯竭及成本上涨等问题。
近年来，电力行业迅猛发展的同时也带来了粉煤灰排放量的急剧增加，使其成为我国当前排量最大的工业废渣之一。在粉煤灰中，锂元素、铁元素的含量分别达到290克/吨、17千克/吨，为生产高附加值磷酸铁锂材料打下基础。
因此，如何将工业废渣粉煤灰的综合化利用与制备锂离子电池材料相结合，对实现高附加值产品的开发，降低电池材料开发成本具有重要的意义。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种以“一步酸溶法”处理后的粉煤灰为原料，利用溶胶凝胶法制备磷酸铁锂正极材料的制备方法及其应用，降低了磷酸铁锂工业制备成本，生产的磷酸铁锂具有良好的电化学性能。
为了实现本发明目的，本发明采用了如下的技术方案：
本发明第一方面提供了一种正极材料磷酸铁锂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将锂源、铁源和磷酸水溶液混合后形成混合液，所述混合液在搅拌下制得溶胶；
(2)在加热搅拌下，所述溶胶挥发溶剂至完全后得到湿凝胶，将所得湿凝胶进行真空干燥，得到干凝胶；
(3)将所述干凝胶研磨后得到粉状前驱体，并将所得粉状前驱体置于还原性气氛中进行热处理，得到磷酸铁锂。
在本发明制备方法的具体实施方式中，步骤(1)所述锂源中锂元素、所述铁源中铁元素与所述磷酸水溶液中磷元素按照摩尔比为1:(0.9～1.05):(0.9～1.05)进行混合；在一些优选的实施方式中，锂源中锂元素、铁源中铁元素与磷酸水溶液中磷元素按照摩尔比为1:(0.95～1):(0.95～1)，在一些更优选的实施方式中，上述摩尔比为1:1:1。
在本发明的具体实施方式中，步骤(2)中溶胶在15～60℃下搅拌，在此搅拌过程中混合液的溶剂慢慢挥发至完全，以得到含水量为10％～40％的湿凝胶，呈半干状态；若湿凝胶的含水量过大，容易导致凝胶中混合物料混合不均匀，并且含水量过大也容易导致后续热处理时升温速度过快，不利于温度的控制。
在一些具体的实施方式中，将所得的湿凝胶在40～100℃下进行真空干燥4～20小时，以脱除凝胶中的溶剂得到干凝胶；上述真空干燥过程一般在真空烘箱中进行。
在本发明的具体实施方式中，在步骤(3)中，将所得分粉状前驱体以10～15℃/min的升温速率加热所述粉状前驱体至500～900℃，保温5～10小时下进行热处理；优选地，在氮氢混合气提供的还原性气氛中进行热处理，其中氮氢混合气中氢气的体积比为3％～20％。
在本发明的制备方法中，所述锂源选自碳酸锂，所述碳酸锂是采用粉煤灰“一步酸溶法”生产氧化铝过程中经蒸发结晶工序剩余的蒸垢母液制得。
在本发明一些具体的实施方式中，所述碳酸锂采用包括以下步骤的方法制得：
Step1.将粉煤灰“一步酸溶法”生产氧化铝过程中经蒸发结晶工序剩余的蒸垢母液在300～700℃下进温煅烧，制得煅烧产物；
Step2.将所述煅烧产物在浸出液中浸出，再经过滤后得到含锂的溶液a；所述煅烧产物与浸出液的质量比优选为1：(1～15)；
其中，所述浸出液选自水或者弱酸水溶液，所述弱酸水溶液优选为“一步酸溶法”粉煤灰制备氧化铝工艺中的二次蒸发冷凝水，其含酸浓度为0.0005～0.005mol/L；所述浸出的过程结束后所得溶液的终点pH值在1～5；
Step3.将所述含锂的溶液a与饱和碳酸钠水溶液混合进行一次除杂，以除去溶液中的铝离子，过滤得到清液b；
Step4.将所述清液b进行初步浓缩后，得到溶液c；
Step5.将所述溶液c与可溶性碳酸盐固体混合并调节混合溶液的pH值为9～12后进行二次除杂，以除去其中钙离子，过滤后得到清液d；
Step6.将所述清液d与酸性溶液混合，调节混合溶液的酸度至pH值为5～8后，得到溶液e；再将所述溶液e进行第二次浓缩后，得到溶液f；
Step7.将所述溶液f与碳酸化试剂混合进行反应，制得所述碳酸锂。
在一些更优选的实施方式中，上述溶液f中锂离子的含量为1000～5000mg/L，优选为2000～4000mg/L，比如，2200mg/L，3000mg/L；钙离子的含量为10～40mg/L，优选为20～30mg/L，比如，25mg/L，28mg/L；镁离子的含量为10～60mg/L，优选为20～50mg/L，比如，30mg/L，40mg/L；钠离子的含量为5～30mg/L，优选为10～20mg/L，比如，15mg/L，18mg/L；钾离子的含量为0.05～1mg/L，优选为0.1～0.8mg/L，比如，0.3mg/L，0.5mg/L；铝离子的含量为0.05～1mg/L，优选为0.2～0.8mg/L，比如，0.5mg/L，0.7mg/L。
在本发明的制备方法中，所述铁源选自氧化铁，所述氧化铁采用粉煤灰“一步酸溶法”生产氧化铝过程中经固液分离及洗涤工序，在进一步进行除杂工序中得到的铁元素富集液制得；
在本发明一些优选的实施方式中，所述氧化铁采用包括以下步骤的方法制得：
Step1.将所述铁元素富集液进行干燥、煅烧，得到煅烧产物；优选地，在100～150℃的条件下进行喷雾干燥后，并在350～500℃下进行煅烧；
Step2.用碱液将得到的煅烧产物进行碱溶，比如，使用氢氧化钠水溶液进行碱溶；然后碱溶后的产物进行固液分离，用水洗涤固液分离出的滤渣，并进行干燥、煅烧处理后得到所述氧化铁，在一些具体的实施方式中，可以在250～300℃的条件下进行干燥，在700～900℃下进行煅烧。
在一些更优选的实施方式中，所述铁元素富集液中铁离子的含量为50000～200000mg/L，优选为100000～150000mg/L，比如，110000mg/L，130000mg/L；钠离子的含量为0.5～5mg/L，优选为1～3mg/L，比如，2mg/L，2.5mg/L；铝离子的含量为0.1～2mg/L，优选为0.5～1.5mg/L，比如，0.8mg/L，1mg/L，1.2mg/L；钛离子的含量为0.05～1mg/L，优选为0.1～0.8mg/L，比如，0.3mg/L，0.5mg/L；硅的含量为10～100mg/L，优选为30～80mg/L，比如，40mg/L，50mg/L，60mg/L。
在本发明方法的具体实施方式中，所选用的磷酸水溶液的质量浓度为20％～50％。
在一些具体的实施方式中，本发明提到用粉煤灰“一步酸溶法”生产氧化铝过程中，可以选用循环流化床所产生的粉煤灰；其中，粉煤灰包含25～32wt％的SiO2、40～57wt％的Al2O3、0.5～3.5wt％的TiO2、1.6～8.0wt％的CaO、0.5～4.0wt％的Fe2O3和0.1～2.0wt％的MgO，所述SiO2、Al2O3、TiO2、MgO、Fe2O3和CaO的质量之和占所述循环流化床粉煤灰总量的90wt％以上。
本发明第二方面提供了一种锂离子电池，锂离子电池包括正极片、负极片、电解液和隔膜；其中，所述正极片包含上述制备方法制得的正极材料磷酸铁锂。
采用上述的技术方案，具有如下的技术效果：
本发明提供的制备方法以粉煤灰为原料，利用其中锂元素、铁元素作为锂源和铁源，通过溶胶凝胶法制备磷酸铁锂正极材料。本发明方法制得的磷酸铁锂具有良好的电化学性能，比如，具有高容量密度、长循环寿命。
本发明的制备方法在制备正极材料的同时，延伸“一步酸溶法”产业链，降低了磷酸铁锂工业制备成本，实现了对工业废渣粉煤灰中锂、铁的高值化利用。
附图说明
图1：利用本发明方法的一种实施方式制得磷酸铁锂的SEM形貌图；
图2：利用本发明方法的一种实施方式制得磷酸铁锂的XRD图；
图3：由本发明方法的一种实施方式制得磷酸铁锂电池的循环伏安曲线；
图4：由本发明方法的一种实施方式制得磷酸铁锂电池的电化学阻抗谱；
图5：由本发明方法的一种实施方式制得磷酸铁锂电池的充放电曲线。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容。
实施例1
此实施例中采用的磷酸水溶液为质量浓度为50％，锂源、铁源分别采用如下方法制得的碳酸锂和氧化铁；
碳酸锂的制备方法如下：采用粉煤灰“一步酸溶法”生产氧化铝过程中经蒸发结晶工序剩余的蒸垢母液制得，具体地：
Step1.将上述蒸垢母液在500℃下进温煅烧，制得煅烧产物；
Step2.将煅烧产物在“一步酸溶法”粉煤灰制备氧化铝工艺中的二次蒸发冷凝水中浸出，再经过滤后得到含锂的溶液a；其中，所述煅烧产物与浸出液的质量比为1:1；
Step3.将所述含锂的溶液a与饱和碳酸钠水溶液混合进行一次除杂，过滤得到清液b；
Step4.将所述清液b进行初步浓缩后，得到溶液c；
Step5.将所述溶液c与可溶性碳酸盐固体混合，进行二次除杂，过滤得到清液d；
Step6.将所述清液d与质量分数为35％的盐酸溶液混合，调节混合溶液的酸度至pH值为6后，得到溶液e；再将所述溶液e在反应釜中加热至80℃进行第二次浓缩后，得到溶液f；
Step7.将所述溶液f与碳酸钠固体混合进行反应，制得碳酸锂；其中，溶液f中锂离子的含量为2269mg/L，钙离子的含量为37.7mg/L，镁离子的含量为52.9mg/L，钠离子的含量为27.6mg/L，钾离子的含量为0.2mg/L，铝离子的含量为0.5mg/L。
氧化铁的制备方法如下：采用粉煤灰“一步酸溶法”生产氧化铝过程中经固液分离及洗涤工序，在进一步进行除杂工序中得到的铁元素富集液制得；其中，铁元素富集液中铁离子的含量为95923mg/L，钠离子的含量为1.84mg/L，铝离子的含量为0.65mg/L，钛离子的含量为0.16mg/L，硅离子的含量为39.1mg/L；
Step1.将上述铁元素富集液在100℃下进行喷雾干燥后，在400℃下进行煅烧，得到煅烧产物；
Step2.使用氢氧化钠水溶液将得到煅烧产物进行碱溶，然后将碱溶后的产物进行固液分离，用水洗涤固液分离出的滤渣，并在280℃下进行干燥、并在800℃下进行煅烧处理后得到氧化铁。
(1)将上述碳酸锂、氧化铁和质量浓度为50％的磷酸水溶液按照锂元素、铁元素和磷元素的摩尔比为1:1:1混合后形成混合液，在搅拌下制得溶胶；
(2)在30℃下，搅拌至所述溶胶中溶剂挥发完全后得到含水量为10％的湿凝胶，将所得湿凝胶在60℃下进行真空干燥12小时，得到干凝胶；
(3)将步骤(2)得到的干凝胶研磨，得到粉状前驱体；将所得粉状前驱体置于氢气体积比为5％的氮氢混合气中，并以15℃/min的升温速率加热粉状前驱体至700℃，保温8小时以进行热处理，得到磷酸铁锂，具体形貌如图1所示。
将上述制得的磷酸铁锂与金属锂组装测试2025电池，并在充放电制度为25℃，0.1C，2.5～4.2V的条件下进行测试，所得电池的首次、2000次的放电容量密度分别为134mAh/g、122mAh/g。
在0.1mV/s扫描速率，2.5～4.2V的条件下，所得电池的循环伏安曲线如图3所示；
所得电池的电化学阻抗谱如图4所示；
所得电池的首次、第1000次循环的充放电曲线如图5所示。
实施例2
此实施例与实施例1的区别在于，碳酸锂制备过程中采用的蒸垢母液以及氧化铁制备过程中采用的铁元素富集液的组成不同，具体如下：
在制备碳酸锂的步骤中，溶液f中锂离子的含量为4598mg/L，钙离子的含量为11mg/L，镁离子的含量为57mg/L，钠离子的含量为25mg/L，钾离子的含量为0.8mg/L，铝离子的含量为0.6mg/L；
铁元素富集液中铁离子的含量为198767mg/L，钠离子的含量为4.7mg/L，铝离子的含量为1.9mg/L，钛离子的含量为0.85mg/L，硅离子的含量为79mg/L。
本实施例中制得的磷酸铁锂与金属锂组装测试2025电池，并在充放电制度为25℃，0.1C，2.5～4.2V的条件下进行测试，磷酸铁锂首次、2000次的放电容量密度分别为129mAh/g、120mAh/g。
实施例3
此实施例与实施例1的区别在于，碳酸锂制备过程中采用的蒸垢母液以及氧化铁制备过程中采用的铁元素富集液的组成不同，具体如下：
在制备碳酸锂的步骤中，溶液f中锂离子的含量为1323mg/L，钙离子的含量为34mg/L，镁离子的含量为23mg/L，钠离子的含量为24mg/L，钾离子的含量为0.5mg/L，铝离子的含量为0.2mg/L；
铁元素富集液中铁离子的含量为100672mg/L，钠离子的含量为0.7mg/L，铝离子的含量为0.7mg/L，钛离子的含量为0.01mg/L，硅离子的含量为13mg/L。
本实施例中制得的磷酸铁锂与金属锂组装测试2025电池，并在充放电制度为25℃，0.1C，2.5～4.2V的条件下进行测试，磷酸铁锂首次、2000次的放电容量密度分别为128mAh/g、116mAh/g。
实施例4
此实施例与实施例1的区别在于，碳酸锂制备过程中采用的蒸垢母液以及氧化铁制备过程中采用的铁元素富集液的组成不同，具体如下：
在制备碳酸锂的步骤中，溶液f中锂离子的含量为5000mg/L，钙离子的含量为40mg/L，镁离子的含量为60mg/L，钠离子的含量为30mg/L，钾离子的含量为1mg/L，铝离子的含量为1mg/L；
铁元素的富集液中铁离子的含量为200000mg/L，钠离子的含量为5mg/L，铝离子的含量为2mg/L，钛离子的含量为1mg/L，硅离子的含量为100mg/L。
本实施例中制得的磷酸铁锂与金属锂组装测试2025电池，并在充放电制度为25℃，0.1C，2.5～4.2V的条件下进行测试，磷酸铁锂首次、2000次的放电容量密度分别为132mAh/g、124mAh/g。
实施例5
此实施例与实施例1的区别在于，碳酸锂制备过程中采用的蒸垢母液以及氧化铁制备过程中采用的铁元素富集液的组成不同，具体如下：
在制备碳酸锂的步骤中，溶液f中锂离子的含量为1000mg/L，钙离子的含量为10mg/L，镁离子的含量为10mg/L，钠离子的含量为5mg/L，钾离子的含量为0.05mg/L，铝离子的含量为0.05mg/L；
铁元素富集液中铁离子的含量为50000mg/L，钠离子的含量为0.5mg/L，铝离子的含量为0.1mg/L，钛离子的含量为0.05mg/L，硅离子的含量为10mg/L。
本实施例中制得的磷酸铁锂与金属锂组装测试2025电池，并在充放电制度为25℃，0.1C，2.5～4.2V的条件下进行测试，磷酸铁锂首次、2000次的放电容量密度分别为133mAh/g、122mAh/g。
实施例6
此实施例与实施例1的区别在于，碳酸锂制备过程中采用的蒸垢母液以及氧化铁制备过程中采用的铁元素富集液的组成不同，具体如下：
在制备碳酸锂的步骤中，溶液f中锂离子的含量为2345mg/L，钙离子的含量为32mg/L，镁离子的含量为46mg/L，钠离子的含量为21mg/L，钾离子的含量为0.7mg/L，铝离子的含量为0.09mg/L；
铁元素富集液中铁离子的含量为96732mg/L，钠离子的含量为1.6mg/L，铝离子的含量为1.1mg/L，钛离子的含量为0.5mg/L，硅离子的含量为77mg/L。
本实施例中制得的磷酸铁锂与金属锂组装测试2025电池，并在充放电制度为25℃，0.1C，2.5～4.2V的条件下进行测试，磷酸铁锂首次、2000次的放电容量密度分别为135mAh/g、117mAh/g。
实施例7
此实施例与实施例1的区别在于，碳酸锂制备过程中采用的蒸垢母液以及氧化铁制备过程中采用的铁元素富集液的组成不同，具体如下：
在制备碳酸锂的步骤中，溶液f中锂离子的含量为4018mg/L，钙离子的含量为27mg/L，镁离子的含量为53mg/L，钠离子的含量为7mg/L，钾离子的含量为0.09mg/L，铝离子的含量为0.9mg/L；
铁元素富集液中铁离子的含量为126458mg/L，钠离子的含量为0.8mg/L，铝离子的含量为1.2mg/L，钛离子的含量为0.6mg/L，硅离子的含量为65mg/L。
本实施例中制得的磷酸铁锂与金属锂组装测试2025电池，并在充放电制度为25℃，0.1C，2.5～4.2V的条件下进行测试，磷酸铁锂首次、2000次的放电容量密度分别为129mAh/g、111mAh/g。
实施例8
此实施例与实施例1的区别在于，碳酸锂制备过程中采用的蒸垢母液以及氧化铁制备过程中采用的铁元素富集液的组成不同，具体如下：
在制备碳酸锂的步骤中，溶液f中锂离子的含量为3879mg/L，钙离子的含量为18mg/L，镁离子的含量为46mg/L，钠离子的含量为16mg/L，钾离子的含量为0.3mg/L，铝离子的含量为0.4mg/L；
铁元素富集液中铁离子的含量为78934mg/L，钠离子的含量为3.6mg/L，铝离子的含量为1.4mg/L，钛离子的含量为0.8mg/L，硅离子的含量为66mg/L。
本实施例中制得的磷酸铁锂与金属锂组装测试2025电池，并在充放电制度为25℃，0.1C，2.5～4.2V的条件下进行测试，磷酸铁锂首次、2000次的放电容量密度分别为137mAh/g、130mAh/g。
对比例1
此对比例与实施例1的区别在于，碳酸锂制备过程中采用的蒸垢母液以及氧化铁制备过程中采用的铁元素富集液的组成不同，具体如下：
在制备碳酸锂的步骤中，溶液f中锂离子的含量为986mg/L，钙离子的含量为37.7mg/L，镁离子的含量为52.9mg/L，钠离子的含量为27.6mg/L，钾离子的含量为0.2mg/L，铝离子的含量为0.5mg/L；
铁元素富集液中铁离子的含量为47056mg/L，钠离子的含量为1.84mg/L，铝离子的含量为0.65mg/L，钛离子的含量为0.16mg/L，硅离子的含量为39.1mg/L。
本实施例中制得的磷酸铁锂与金属锂组装测试2025电池，并在充放电制度为25℃，0.1C，2.5～4.2V的条件下进行测试，磷酸铁锂首次、2000次的放电容量密度分别为63mAh/g、15mAh/g。
对比例2
此对比例与实施例1的区别在于，碳酸锂制备过程中采用的蒸垢母液以及氧化铁制备过程中采用的铁元素富集液的组成不同，具体如下：
在制备碳酸锂的步骤中，溶液f中锂离子的含量为3567mg/L，钙离子的含量为11mg/L，镁离子的含量为57mg/L，钠离子的含量为25mg/L，钾离子的含量为0.8mg/L，铝离子的含量为0.6mg/L；
铁元素富集液中铁离子的含量为83957mg/L，钠离子的含量为35.6mg/L，铝离子的含量为109.8mg/L，钛离子的含量为25.3mg/L，硅离子的含量为79mg/L。
本实施例中制得的磷酸铁锂与金属锂组装测试2025电池，并在充放电制度为25℃，0.1C，2.5～4.2V的条件下进行测试，磷酸铁锂首次、2000次的放电容量密度分别为75mAh/g、25mAh/g。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种正极材料磷酸铁锂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将锂源、铁源和磷酸水溶液混合后形成混合液，所述混合液在搅拌下制得溶胶；
(2)在加热搅拌下，所述溶胶挥发溶剂至完全后得到湿凝胶，将所得湿凝胶进行真空干燥，得到干凝胶；
(3)将所述干凝胶研磨后得到粉状前驱体，并将所得粉状前驱体置于还原性气氛中进行热处理，得到磷酸铁锂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述锂源中锂元素、所述铁源中铁元素与所述磷酸水溶液中磷元素按照摩尔比为1:(0.9～1.05):(0.9～1.05)进行混合。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述锂源中锂元素、所述铁源中铁元素与所述磷酸水溶液中磷元素按照摩尔比为1:(0.95～1):(0.95～1)进行混合，优选为1:1:1。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述溶胶在15～60℃下搅拌至溶剂挥发完全后得到含水量为10％～40％的湿凝胶；所述湿凝胶在40～100℃下进行所述真空干燥4～20小时。
5.根据权利要求1～4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，以10～15℃/min的升温速率加热所述粉状前驱体至500～900℃，保温5～10小时下进行热处理。
6.根据权利要求1～5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述粉状前驱体在氮氢混合气提供的所述还原性气氛中进行热处理，所述氮氢混合气中氢气的体积比优选为3％～20％。
7.根据权利要求1～6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述锂源选自碳酸锂，所述碳酸锂采用粉煤灰“一步酸溶法”生产氧化铝过程中经蒸发结晶工序剩余的蒸垢母液制得；
优选地，所述碳酸锂采用包括以下步骤的方法制得：
Step1.将所述蒸垢母液进行高温煅烧，制得煅烧产物；
Step2.将所述煅烧产物在浸出液中浸出，再经过滤后得到含锂的溶液a；所述煅烧产物与浸出液的质量比优选为1：(1～15)；
其中，所述浸出液选自水或者弱酸水溶液，所述弱酸水溶液优选为“一步酸溶法”粉煤灰制备氧化铝工艺中的二次蒸发冷凝水；
Step3.将所述含锂的溶液a与饱和碳酸钠水溶液混合进行一次除杂，过滤得到清液b；
Step4.将所述清液b进行初步浓缩后，得到溶液c；
Step5.将所述溶液c与可溶性碳酸盐固体混合，进行二次除杂，过滤得到清液d；
Step6.将所述清液d与酸性溶液混合，调节混合溶液的酸度至pH值为5～8后，得到溶液e；再将所述溶液e进行第二次浓缩后，得到溶液f；
Step7.将所述溶液f与碳酸化试剂混合进行反应，制得所述碳酸锂；
更优选地，所述溶液f中锂离子的含量为1000～5000mg/L，钙离子的含量为10～40mg/L，镁离子的含量为10～60mg/L，钠离子的含量为5～30mg/L，钾离子的含量为0.05～1mg/L，铝离子的含量为0.05～1mg/L。
8.根据权利要求1～7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述铁源选自氧化铁，所述氧化铁采用粉煤灰“一步酸溶法”生产氧化铝过程中经固液分离及洗涤工序，在进一步进行除杂工序中得到的铁元素富集液制得；
优选地，所述氧化铁采用包括以下步骤的方法制得：
Step1.将所述铁元素富集液进行干燥、煅烧，得到煅烧产物；
Step2.用碱液将得到的煅烧产物进行碱溶，将碱溶后的产物进行固液分离，用水洗涤固液分离出的滤渣，并进行干燥、煅烧处理后得到所述氧化铁；
更优选地，所述铁元素富集液中铁离子的含量为50000～200000mg/L，钠离子的含量为0.5～5mg/L，铝离子的含量为0.1～2mg/L，钛离子的含量为0.05～1mg/L，硅的含量为10～100mg/L。
9.根据权利要求1～8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述磷酸水溶液的质量浓度为20％～50％。
10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括正极片、负极片、电解液和隔膜；其中，所述正极片包含权利要求1～9任一所述制备方法制得的正极材料磷酸铁锂。
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