磷铁渣高温活化浸出-沉淀法制备电池级FePO_(4)的工艺及应用

磷铁渣是黄磷生产的副产物之一,化学性质稳定,常作为固体废物处理,不仅污染环境,也消耗了大量人力物力。如何合理利用磷铁渣中铁(Fe)、磷(P)元素是磷化工企业必须解决的问题。以磷铁渣制备磷酸铁(FePO_(4))的传统技术存在能耗大、副产物安全隐患大、难以实现工业化生产等缺点。有鉴于此,本文采用磷铁渣、磷酸、盐酸、氨水为原料,通过高温活化浸出-沉淀法制备了电池级FePO_(4)。在高温活化浸出阶段,探究了浸出时间、浸出温度、盐酸浓度、液固比与磷铁渣浸出率的关联规律。并研究了反应温度、时间、pH、投料比等条件对制备FePO_(4)性能的影响。对浸出液中Fe、P元素浓度和FePO_(4)晶体结构、形貌和粒度进行了分析。实验结果表明,磷铁渣浸出的最佳条件是:浸出时间3h、浸出温度90℃、盐酸浓度5.5mol/L、液固比20mL/g,在此浸出条件下Fe元素浸出率可达93.55%,P元素浸出率可达82.21%,固体渣浸出率可达90.06%。沉淀反应过程的最佳条件为:反应温度70℃、反应时间2h、反应pH=1.2、Fe/P投料比为1,此条件制备的磷酸铁(FePO_(4))材料结晶度高,形貌均匀,分散性好,一次粒径为100~200nm,铁磷比为0.97,杂质含量完全符合行业标准。以此合成的磷酸铁锂(LiFePO_(4))正极材料电化学性能较好,在1C倍率下,放电比容量可达到151.62mA·h/g,表明所制备的FePO_(4)完全满足LiFePO_(4)正极材料前体的要求。

黄磷副产磷铁渣制备电池级磷酸铁

通过硝酸溶解-共沉淀-煅烧三个流程制备了电池级磷酸铁。第一阶段用强氧化性酸溶解磷铁渣,得到含有铁元素和磷元素的磷铁溶液;然后第二阶段通过氨水调节磷铁溶液的pH值,使溶液析出水合磷酸铁;最后第三阶段通过煅烧,得到了最终产物无水磷酸铁。利用XRD、SEM、粒度分布和铁磷摩尔比等一系列的分析检测对煅烧产物进行评价。工艺研究表明,第一阶段的最佳工艺条件为:固液比1∶12,硝酸浓度7.6 mol/L,溶解时间5 h,溶解温度90℃,此条件下磷铁渣的溶解率为96.39%;第二阶段的最佳工艺条件为:溶液中铁元素和磷元素物质的量比为1∶1,反应温度80℃,pH=1.0,时间4 h,所制备的FePO4铁磷摩尔比为0.97;最佳煅烧温度为500℃,制备出了合格的磷酸铁。

不同溶剂对LiFePO_(4)正极材料形貌和性能的影响

采用水-乙二醇作为溶剂,并使用溶剂热法制备出形态规则的磷酸铁锂(LFP)材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对不同溶剂合成的LFP前驱体的物相及形貌进行了表征。结果表明,不同溶剂合成的LFP均为纯相,且未改变LFP的橄榄石结构。当H_(2)O∶EG=1∶1时,颗粒形貌规则且排列有序。电化学测试结果表明,当溶剂为H_(2)O∶EG=1∶0、H_(2)O∶EG=1∶1、H_(2)O∶EG=0∶1时,LFP/C在1C条件下循环100次后容量分别为141.9、145.4、127.3mAh/g。当溶剂比例为H_(2)O∶EG=1∶1时,容量保持率达到99%。即使在2C的放电速率下,其初始放电比容量为134.4mAh/g,明显优于其他LFP/C的电化学性能。此外,研究了混合溶剂中合成LFP的材料在不同温度下的形貌演变规律及机理过程。