CN117361469A - 一种电池级磷酸铁的制备方法 - Google Patents

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万邦隆
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Abstract

本发明公开了一种电池级磷酸铁的制备方法,包括下列步骤:(1)准备好氢氧化铁粉末与磷酸;(2)用去离子水将磷酸稀释成磷酸溶液,然后将氢氧化铁与磷酸溶液加入反应器中搅拌;(3)搅拌充分后,加入催化剂,反应开始后30~40分钟内投入分散剂与转晶诱导剂,加热反应;(4)加热反应完成后将沉淀物分离出来,然后对分离出来的沉淀物进行洗涤干燥,干燥后再进行破碎与筛选,得到制备好的磷酸铁。本发明制备方法简单易行,不需要大量的设备和复杂的工艺流程;可以大规模生产,具有良好的经济效益;制得产品质量稳定,质量优良,可以满足新能源电池领域的使用需求;可以在较短的时间内制得产品。

Description

一种电池级磷酸铁的制备方法
技术领域
本发明涉及磷酸铁的合成技术领域,尤其涉及一种电池级磷酸铁的制备方法。
背景技术
磷酸铁是一种重要的无机化合物,广泛应用于制造钢铁、铁氧体、催化剂和新能源等领域。目前,制备磷酸铁的方法主要有水热法、凝胶法、高温干燥法等。但是,这些方法都存在着制备周期长、工艺复杂、成本高等问题。因此需要一种更加简单易行,且经济效益好的制备方法。
CN112758909A中公开了一种高铁法生产电池级磷酸铁工艺,先用高纯铁与硝酸反应制备硝酸铁,然后再与磷酸混合加热,加入一定比例的磷酸铁诱导剂,制备磷酸铁,该方法成本高,且产品质量不稳定。
发明内容
本发明提供一种电池级磷酸铁的制备方法以解决上述背景技术中现有磷酸铁的制备方法存在着制备周期长、工艺复杂、成本高等问题。
本发明的方案是:
一种电池级磷酸铁的制备方法,包括下列步骤:
(1)准备好氢氧化铁粉末与磷酸;
(2)用去离子水将磷酸稀释成磷酸溶液,然后将氢氧化铁与磷酸溶液加入反应器中搅拌;
(3)搅拌充分后,加入催化剂,反应开始后30~40分钟内投入分散剂与转晶诱导剂,加热反应;
(4)加热反应完成后将沉淀物分离出来,然后对分离出来的沉淀物进行洗涤干燥,干燥后再进行破碎与筛选,得到制备好的磷酸铁。
选择了氢氧化铁粉末作为铁源,磷酸溶液作为磷源,其合成机理是酸碱中和,在制备过程中可以更容易地转化为高纯度的磷酸铁,从而降低了杂质的含量,催化剂是为了给反应合成提供产品晶体生长最佳的pH 1.5-2.5,转晶诱导剂可以诱导合成过程中物料的晶体生长,从而可以获得具有优良结晶性和颗粒均匀分布的磷酸铁产品,便于提高该产品应用于电池材料中电性能的稳定性,该工艺简单易行、经济效益好,该工艺制备出来的产品具有较好的结晶度,其为片状型,且一次颗粒晶型较小为纳米级。
作为优选的技术方案,所述(1)中氢氧化铁粉末与磷酸的质量份数分别为氢氧化铁105~110份、磷酸115~120份。
作为优选的技术方案,所述(1)中磷酸的浓度为85%。
作为优选的技术方案,所述(2)中加入去离子水的质量份数为530~545份。
作为优选的技术方案,所述(3)中的催化剂为氢氧化钠与氨水溶液中的一种或两种,所述催化剂的加入量为总反应液重量的1~2%,调节pH至1.5~2.5。氢氧化钠或氨水作为催化剂,因成本低廉与副产物单一,同时又能为磷酸铁提供适宜转晶生长环境等优势。
作为优选的技术方案,所述3)中加入催化剂的同时加入分散剂,分散剂加入的量为总反应液重量的1~2‰;在该处加入分散剂能使得晶体颗粒变得均一,更有利于后续过程中诱导剂加入后晶体的生成,提高了结晶转化率,所述分散剂为阴离子表面活性剂,所述阴离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠。
作为优选的技术方案,所述(3)中的转晶诱导剂为标准试剂磷酸铁。在反应初期是会形成磷酸铁晶体,但是此时的磷酸铁晶体为晶胞形态,因此若此时直接加入晶体诱导剂,晶胞的量不够,只能诱导产生出来的晶胞使其转变成片状的磷酸铁晶体,而过多的晶体诱导剂就会在其它反应中消耗掉,会出现原料的浪费,所以在30-40分钟这个时期加入晶体诱导剂,该时期产生的晶胞数量以及完全够了,能充分进行诱导,如果超过了40分钟再加入,那就会有部分晶胞形态的磷酸铁晶体向其它形态的晶体转变,这样会对最终产品的质量造成影响,因为本发明能够得到品质较好的片状的磷酸铁晶体。
作为优选的技术方案,所述(3)中标准试剂磷酸铁的加入量为总反应液重量的1~5‰。
作为优选的技术方案,所述(3)中加热反应的条件为,200~300℃下反应4~12小时。
作为优选的技术方案,所述(4)中加热反应完成后通过离心或过滤中的一种方式将沉淀物分离出来;干燥前需对沉淀物进行洗涤,干燥的温度为60~80℃。洗涤所用是50~70℃去离子水,该温度下的去离子水对沉淀物内杂质溶解洗涤去除性优异。
由于采用了上述技术方案一种电池级磷酸铁的制备方法,包括下列步骤:(1)准备好氢氧化铁粉末与磷酸;(2)用去离子水将磷酸稀释成磷酸溶液,然后将氢氧化铁与磷酸溶液加入反应器中搅拌;(3)搅拌充分后,加入催化剂,反应开始后30~40分钟内投入分散剂与转晶诱导剂,加热反应;(4)加热反应完成后将沉淀物分离出来,然后对分离出来的沉淀物进行洗涤干燥,干燥后再进行破碎与筛选,得到制备好的磷酸铁。
本发明的优点:
1、制备方法简单易行,不需要大量的设备和复杂的工艺流程。
2、可以大规模生产,具有良好的经济效益。
3、制得产品质量稳定,质量优良,可以满足新能源电池领域的使用需求。
4、可以在较短的时间内制得产品。
附图说明
图1为本发明实施例2制备产品的XRD分析图;
图2为本发明实施例2制备产品的SEM晶体形貌图;
图3为本发明对比例1制备产品的XRD分析图;
图4为本发明对比例1制备产品的SEM晶体形貌图;
图5为本发明对比例3制备产品的XRD分析图;
图6为本发明对比例3制备产品的SEM晶体形貌图;
图7为本发明对比例4制备产品的XRD分析图;
图8为本发明对比例4制备产品的SEM晶体形貌图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。
实施例1:
1.原料的准备:准备Fe(OH)3粉末107g和H3PO4溶液浓度为85%,质量为118g并用去离子水稀释至540ml磷酸溶液。
2.反应器的准备:采用体积为1L的高温高压釜作为反应器,其内部材质采用314不锈钢材质。
3.反应过程:将准备好的Fe(OH)3粉末和H3PO4溶液加入反应器中充分搅拌,再加入催化剂氨水溶液8.3g,加热反应,反应后30~40分钟内投入分散剂与转晶诱导剂分散剂0.8g与转晶诱导剂0.9g。加热反应温度保持在220℃,反应时间为8小时。反应结束后,将产出物冷却后进行固液分离。
4.产品收集:将反应结束后,通过离心方法将沉淀分离出来,洗涤并干燥产物进行破碎筛选和包装,即可得到制备好的磷酸铁产品。干燥的温度为60℃。
所述转晶诱导剂为标准试剂磷酸铁。
所述分散剂为十二烷基硫酸钠。
实施例2:
1.原料的准备:准备Fe(OH)3粉末107g和H3PO4溶液浓度为85%,质量为118g并用去离子水稀释至540ml磷酸溶液。
2.反应器的准备:采用体积为1L的高压钢釜作为反应器。
3.反应过程:将准备好的Fe(OH)3粉末和H3PO4溶液加入反应器中充分搅拌,再加入催化剂氨水溶液8.3g,加热反应,反应后30~40分钟内投入分散剂0.8g和转晶诱导剂0.9g。加热反应温度保持在250℃,反应时间为8小时。反应结束后,将产出物冷却后进行固液分离。
4.产品收集:将反应结束后,通过过滤等方法将沉淀分离出来,洗涤并干燥产物进行破碎筛选和包装,即可得到制备好的磷酸铁产品。干燥的温度为70℃。
所述转晶诱导剂为标准试剂磷酸铁。
所述分散剂为十二烷基硫酸钠。
实施例3:
1.原料的准备:准备Fe(OH)3粉末107g和H3PO4溶液浓度为85%,质量为118g并用去离子水稀释至540ml磷酸溶液。
2.反应器的准备:采用体积为1L的高压钢釜作为反应器。
3.反应过程:将准备好的Fe(OH)3粉末和H3PO4溶液加入反应器中中充分搅拌,再加入催化剂氨水溶液8.3g,加热反应,反应后30~40分钟内投入分散剂0.8g和转晶诱导剂0.9g。加热反应温度保持在280℃,反应时间为8小时。反应结束后,将产出物冷却后进行固液分离。
4.产品收集:将反应结束后,通过离心方法将沉淀分离出来,洗涤并干燥产物进行破碎筛选和包装,即可得到制备好的磷酸铁产品。干燥的温度为80℃。
所述转晶诱导剂为标准试剂磷酸铁。
所述分散剂为十二烷基硫酸钠。
上述三组实施例得到样品的性能指标:
磷酸铁产品指标与电池用磷酸铁应符合HG/T 4701-2014技术指标见表1;
表1.磷酸铁样品指标及标准技术指标
产品XRD分析:
对实施例2样品进行XRD分析,发现与标准卡片COD 9012512磷酸铁比对,该样品具有较好的结晶度,见图1:
产品SEM晶体形貌:
对实施例2产品进行SEM晶体形貌分析,发现该工艺制备出来的材料为片状型,且一次颗粒晶型较小为纳米级,见图2。
对比例1:
1.原料的准备:准备Fe(OH)3粉末107g和H3PO4溶液浓度为85%,质量为118g并用去离子水稀释至540ml磷酸溶液。
2.反应器的准备:采用体积为1L的高压钢釜作为反应器。
3.反应过程:将准备好的Fe(OH)3粉末和H3PO4溶液加入反应器中充分搅拌,再加入催化剂氨水溶液8.3g、分散剂0.8g。加热反应器,将反应温度保持在250℃,反应时间为8小时。反应结束后,将产出物冷却后进行固液分离。
4.产品收集:将反应结束后,通过离心或过滤等方法将沉淀分离出来,洗涤并干燥产物进行破碎筛选和包装,即可得到制备好的磷酸铁产品。
该对比例与实施例2的区别在于未引入晶体诱导剂,检测结果显示反应所得的产品晶体形态不均匀且结晶度较差;
样品进行XRD分析如图3:
产品SEM晶体形貌如图4。
对比例2:
1.原料的准备:准备Fe(OH)3粉末107g和H3PO4溶液浓度为85%,质量为118g并用去离子水稀释至540ml磷酸溶液。
2.反应器的准备:采用体积为1L的高压钢釜作为反应器。
3.反应过程:将准备好的Fe(OH)3粉末和H3PO4溶液加入反应器中充分搅拌,再加入催化剂氨水溶液8.3g、晶体诱导剂0.9g。加热反应器,将反应温度保持在250℃,反应时间为8小时。反应结束后,将产出物冷却后进行固液分离。
4.产品收集:将反应结束后,通过离心或过滤等方法将沉淀分离出来,洗涤并干燥产物进行破碎筛选和包装,即可得到制备好的磷酸铁产品。
该对比例与实施例2的区别在于未引入分散剂,检测结果显示反应所得的产品晶体颗粒的均一度较差。
对比例3:
采用实施例2的制备方法,该对比例与实施例2的区别在于步骤3中加热反应后20分钟~29分钟内投入晶体诱导剂。
样品进行XRD分析如图5:
产品SEM晶体形貌如图6。
对比例4:
采用实施例2的制备方法,该对比例与实施例2的区别在于步骤3中加热反应后40分钟后投入晶体诱导剂。
样品进行XRD分析如图7:
产品SEM晶体形貌如图8。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种电池级磷酸铁的制备方法,其特征在于,包括下列步骤:
(1)准备好氢氧化铁粉末与磷酸;
(2)用去离子水将磷酸稀释成磷酸溶液,然后将氢氧化铁与磷酸溶液加入反应器中搅拌;
(3)搅拌充分后,加入催化剂,加热反应,反应开始后30~40分钟内投入分散剂与转晶诱导剂;
(4)加热反应完成后将沉淀物分离出来,然后对分离出来的沉淀物进行洗涤干燥,干燥后再进行破碎与筛选,得到制备好的磷酸铁。
2.如权利要求1所述一种电池级磷酸铁的制备方法,其特征在于:所述(1)中氢氧化铁粉末与磷酸的质量份数分别为氢氧化铁105~110份、磷酸115~120份。
3.如权利要求1或2所述一种电池级磷酸铁的制备方法,其特征在于:所述(1)中磷酸的浓度为85%。
4.如权利要求1所述一种电池级磷酸铁的制备方法,其特征在于:所述(2)中加入去离子水的质量份数为530~545份。
5.如权利要求1所述一种电池级磷酸铁的制备方法,其特征在于:所述(3)中的催化剂为氢氧化钠与氨水溶液中的一种或两种,所述催化剂的加入量为总反应液重量的1~2%,调节pH至1.5~2.5。
6.如权利要求1所述一种电池级磷酸铁的制备方法,其特征在于:所述3)中加入催化剂的同时加入分散剂,分散剂加入的量为总反应液重量的1~2‰。
7.如权利要求1所述的一种电池级磷酸铁的制备方法,其特征在于:所述(3)中的转晶诱导剂为标准试剂磷酸铁。
8.如权利要求7所述的一种电池级磷酸铁的制备方法,其特征在于:所述(3)中标准试剂磷酸铁的加入量为总反应液重量的1~5‰。
9.如权利要求1所述的一种电池级磷酸铁的制备方法,其特征在于:所述(3)中加热反应的条件为,200~300℃下反应4~12小时。
10.如权利要求1所述的一种电池级磷酸铁的制备方法,其特征在于:所述(4)中加热反应完成后通过离心或过滤中的一种方式将沉淀物分离出来;干燥前需对沉淀物进行洗涤,干燥的温度为60~80℃。
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