一种低成本调节磷酸铁铁磷比的制备方法
文献发布时间：2023-06-19 19:30:30
技术领域
本发明属于新能源材料技术领域，尤其涉及一种低成本调节磷酸铁铁磷比的制备方法。
背景技术
磷酸铁，又名磷酸高铁、正磷酸铁，分子式为FePO4，是一种白色、灰白色单斜晶体粉末。是铁盐溶液和磷酸钠作用的盐，其中的铁为正三价。其主要用途在于制造磷酸铁锂电池材料、催化剂及陶瓷等。磷酸铁是生产磷酸铁锂的重要原料，电池材料厂家普遍采用磷酸铁和锂盐高温固相法生产磷酸铁锂。随着国家对新能源汽车的推广应用和储能电池的发展，磷酸铁锂的需求量将急剧增长，相应的原料磷酸铁需求量也呈爆发式增长，磷酸铁锂的性能很大程度上依赖于磷酸铁产品，高铁磷比，高比表面，低杂质磷酸铁有利于高能量密度磷酸铁锂电池的制备。磷酸铁锂做为目前主流的电池正极材料，磷酸铁锂电池成本优势凸显。
现有技术中有通过调节铁磷配比或加入某些试剂如(柠檬酸、PEG等物质)来控制铁磷比，这些会出现如增加成本、反应母液难处理的问题；因此，本发明提出了一种低成本调节磷酸铁铁磷比的制备方法，该方法通过保温过程中控制搅拌方式和改变保温陈化时间来改变磷酸铁铁磷比，在不增加成本的前提下能有效的控制磷酸铁铁磷比。
发明内容
本发明提供一种低成本调节磷酸铁铁磷比的制备方法，该方法通过保温过程中控制搅拌方式来改变磷酸铁铁磷比，在不增加成本的前提下能有效的控制磷酸铁铁磷比。
本发明是这样实现的，一种低成本调节磷酸铁铁磷比的制备方法，包括以下步骤：
S1：磷源的制备，配置浓度为0.5-2.5mol/L的磷源；
S2：铁源的制备，配置浓度为0.5-1.5mol/L的铁源；
S3：铁磷混合液的制备，将步骤S2中配置好的铁源加入反应釜，再将步骤S1中配置好的磷源通过流量泵加入铁源所在反应釜中，磷源和铁源搅拌混合均匀得到铁磷混合液；
S4：铁磷混合液氧化，将铁磷混合溶液中加入双氧水进行氧化反应，得到氧化铁磷混合液；
S5：物料制备，将步骤S4得到的氧化铁磷混合液升温至95℃并保温搅拌，待浆料变成白色后进行保温1-3h后停止搅拌，再进行陈化保温，时间为20-60min，得到物料；
S6：洗涤和干燥，将步骤S5中得到的物料进行洗涤、干燥后得到磷酸铁，测得不同陈化保温时间下磷酸铁中的铁磷比并进行比较；
S7：将步骤S6中得到的磷酸铁制成磷酸铁锂正极材料并对其进行SEM和XRD检测。
优选的，步骤S1中的磷源为磷源水溶液，所述磷源为磷酸铵盐、磷酸钠盐和磷酸中的至少一种。
优选的，步骤S2中的铁源为铁源水溶液，所述铁源为硫酸亚铁、氯化亚铁、草酸亚铁、铁矿粉和还原铁粉中的至少一种。
优选的，步骤S3中反应釜搅拌反应器的搅拌速率为100-2000r/min。
优选的，步骤S4中加入的双氧水为铁摩尔质量的0.5-1倍。
优选的，步骤S5中的氧化铁磷混合液中亚铁离子完全转化为铁离子后开始升温。
优选的，步骤S6中物料的干燥温度为80-150℃，干燥时间为1-4h。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明是针对磷酸铁铁磷比控制困难而开发的一种低成本简单、有效的控制铁磷比的一种方法，该方法通过保温过程中控制搅拌方式和改变保温陈化时间来改变磷酸铁铁磷比，在不增加成本的前提下能有效的控制磷酸铁铁磷比；
2、本发明提供了一种低成本调节磷酸铁铁磷比的制备方法，制得的磷酸铁稳定，得到的磷酸铁中Fe/P在0.965-0.970，满足市场要求；
3、本发明中的铁磷混合液仅加入双氧水对铁磷混合液进行氧化处理，然后铁磷混合液经过升温搅拌和陈化处理，最后铁磷混合液经过洗涤和干燥得到磷酸铁，这样母液添加剂少容易处理。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。然而，本发明的范围并不限于下述实施例。本领域的专业人员能够理解，在不背离本发明的精神和范围的前提下，可以对本发明进行各种变化和修饰。
本发明对试验中所使用到的材料以及试验方法进行一般性和/或具体的描述。虽然为实现本发明目的所使用的许多材料和操作方法是本领域公知的，但是本发明仍然在此作尽可能详细描述。
下述实施例中所涉及的仪器、试剂、材料等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规仪器、试剂、材料等，可通过正规商业途径获得。下述实施例中所涉及的实验方法，检测方法等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规实验方法，检测方法等。
本发明是针对磷酸铁铁磷比控制困难而开发的一种低成本简单、有效的控制铁磷比的一种方法，该方法通过保温过程中控制搅拌方式来改变磷酸铁铁磷比，在不增加成本的前提下能有效的控制磷酸铁铁磷比
实施例1：
一种低成本调节磷酸铁铁磷比的制备方法，包括以下步骤：
S1：磷源的制备，配置浓度为2.5mol/L的磷源；
S2：铁源的制备，配置浓度为1.5mol/L的铁源；
S3：铁磷混合液的制备，将步骤S2中配置好的铁源加入反应釜，再将步骤S1中配置好的磷源通过流量泵加入铁源所在反应釜中，磷源和铁源搅拌混合均匀得到铁磷混合液；
S4：铁磷混合液氧化，将铁磷混合溶液中加入双氧水进行氧化反应，得到氧化铁磷混合液；
S5：物料制备，将步骤S4得到的氧化铁磷混合液升温至95℃并保温搅拌，待浆料变成白色后进行保温3h后停止搅拌，再进行陈化保温，时间为20min，得到物料；
S6：洗涤和干燥，将步骤S5中得到的物料进行洗涤、干燥后得到磷酸铁，测得不同陈化保温时间下磷酸铁中的铁磷比并进行比较；
S7：将步骤S6中得到的磷酸铁制成磷酸铁锂正极材料并对其进行SEM和XRD检测。
进一步的，步骤S1中的磷源为磷源水溶液，所述磷源为磷酸铵盐、磷酸钠盐和磷酸中的至少一种。
进一步的，步骤S2中的铁源为铁源水溶液，所述铁源为硫酸亚铁、氯化亚铁、草酸亚铁、铁矿粉和还原铁粉中的至少一种。
进一步的，步骤S3中反应釜搅拌反应器的搅拌速率为500r/min。
进一步的，步骤S4中加入的双氧水为铁摩尔质量的1倍。
进一步的，步骤S5中的氧化铁磷混合液中亚铁离子完全转化为铁离子后开始升温。
进一步的，步骤S6中物料的干燥温度为150℃，干燥时间为3.5h。
实施例2：
一种低成本调节磷酸铁铁磷比的制备方法，包括以下步骤：
S1：磷源的制备，配置浓度为2.5mol/L的磷源；
S2：铁源的制备，配置浓度为1.5mol/L的铁源；
S3：铁磷混合液的制备，将步骤S2中配置好的铁源加入反应釜，再将步骤S1中配置好的磷源通过流量泵加入铁源所在反应釜中，磷源和铁源搅拌混合均匀得到铁磷混合液；
S4：铁磷混合液氧化，将铁磷混合溶液中加入双氧水进行氧化反应，得到氧化铁磷混合液；
S5：物料制备，将步骤S4得到的氧化铁磷混合液升温至95℃并保温搅拌，待浆料变成白色后进行保温3h后停止搅拌，再进行陈化保温，时间为30min，得到物料；
S6：洗涤和干燥，将步骤S5中得到的物料进行洗涤、干燥后得到磷酸铁，测得不同陈化保温时间下磷酸铁中的铁磷比并进行比较；
S7：将步骤S6中得到的磷酸铁制成磷酸铁锂正极材料并对其进行SEM和XRD检测。
进一步的，步骤S1中的磷源为磷源水溶液，所述磷源为磷酸铵盐、磷酸钠盐和磷酸中的至少一种。
进一步的，步骤S2中的铁源为铁源水溶液，所述铁源为硫酸亚铁、氯化亚铁、草酸亚铁、铁矿粉和还原铁粉中的至少一种。
进一步的，步骤S3中反应釜搅拌反应器的搅拌速率为1000r/min。
进一步的，步骤S4中加入的双氧水为铁摩尔质量的1倍。
进一步的，步骤S5中的氧化铁磷混合液中亚铁离子完全转化为铁离子后开始升温。
进一步的，步骤S6中物料的干燥温度为150℃，干燥时间为3.5h。
实施例3：
一种低成本调节磷酸铁铁磷比的制备方法，1.包括以下步骤：
S1：磷源的制备，配置浓度为2.5mol/L的磷源；
S2：铁源的制备，配置浓度为1.5mol/L的铁源；
S3：铁磷混合液的制备，将步骤S2中配置好的铁源加入反应釜，再将步骤S1中配置好的磷源通过流量泵加入铁源所在反应釜中，磷源和铁源搅拌混合均匀得到铁磷混合液；
S4：铁磷混合液氧化，将铁磷混合溶液中加入双氧水进行氧化反应，得到氧化铁磷混合液；
S5：物料制备，将步骤S4得到的氧化铁磷混合液升温至95℃并保温搅拌，待浆料变成白色后进行保温3h后停止搅拌，再进行陈化保温，时间为60min，得到物料；
S6：洗涤和干燥，将步骤S5中得到的物料进行洗涤、干燥后得到磷酸铁，测得不同陈化保温时间下磷酸铁中的铁磷比并进行比较；
S7：将步骤S6中得到的磷酸铁制成磷酸铁锂正极材料并对其进行SEM和XRD检测。
进一步的，步骤S1中的磷源为磷源水溶液，所述磷源为磷酸铵盐、磷酸钠盐和磷酸中的至少一种。
进一步的，步骤S2中的铁源为铁源水溶液，所述铁源为硫酸亚铁、氯化亚铁、草酸亚铁、铁矿粉和还原铁粉中的至少一种。
进一步的，步骤S3中反应釜搅拌反应器的搅拌速率为2000r/min。
进一步的，步骤S4中加入的双氧水为铁摩尔质量的1倍。
进一步的，步骤S5中的氧化铁磷混合液中亚铁离子完全转化为铁离子后开始升温。
进一步的，步骤S6中物料的干燥温度为150℃，干燥时间为3.5h。
表1为本发明各实施例实验参数：
根据表1可知，实施例1、实施例2和实施例3总体差异在于：步骤S3的反应釜搅拌反应器的搅拌速率分别为500r/min、1000r/min和2000r/min，步骤S5的保温陈化时间上，保温陈化时间分别为20min、30min和60min时，通过测量实施例1、实施例2和实施例3得到的磷酸铁中的铁磷比并进行比较，得出步骤S3的在反应釜搅拌反应器的搅拌速率为2000r/min，S5的保温陈化时间为60min时得到的磷酸铁的铁磷比最高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。