[发明专利]用钢渣制备磷酸铁锂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含两种以上金属的磷酸盐的制备方法，尤其是磷酸铁锂的制备方法。

背景技术

磷酸铁锂(LiFePO₄)是一种锂离子电池正极材料。目前，LiFePO₄的制备方法主要包括固相烧结法和水热法。固相烧结法的一般过程是将锂源、铁源和磷源材料以一定化学计量比混合均匀，在惰性气体保护下进行烧结，一定时间后冷却至室温即成。水热法是将水溶性的锂源、铁源和磷源材料的水溶液按一定化学计量比混合均匀，转移至反应釜中，在一定温度下保温数小时，冷却后得到LiFePO₄沉淀。LiFePO₄本身电导率较低，生产中常用粒子表面包碳膜的方法提高LiFePO₄粒子的表面导电性。但是LiFePO₄粒子表面包碳膜的方法使粒子振实密度降低较多，增加了电池制作工艺难度。

很多金属离子(如Mn²⁺、Cr³⁺、Ti⁴⁺、Zr⁴⁺、Nb⁵⁺、V⁵⁺、W⁶⁺、Mo⁶⁺等)对LiFePO₄具有较好的掺杂作用，少量掺杂即可明显提高其本体电导率，而且可以避免表面包覆引起的振实密度降低的缺点，目前是业界研究的重点。冶金固体废物钢渣本身含有许多能够对LiFePO₄掺杂的金属成分，但是利用钢渣进行LiFePO₄制备的技术尚未见公开报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用钢渣制备磷酸铁锂的方法，利用钢渣本身含有的多种金属元素实现对磷酸铁锂的多元掺杂，在不降低振实密度的基础上提高导电率。

本发明是这样实现的：一种用钢渣制备磷酸铁锂的方法，包括如下步骤：

选用含有Fe、P，同时含有Mn、Ti、Cr、V、Ni中的两种以上元素的钢渣，在1200℃～1600℃对钢渣进行还原处理，得到含有掺杂元素的Fe-P基合金；

将含有掺杂元素的Fe-P基合金在空气中500℃～1000℃氧化处理，得到Fe、P以及掺杂元素的氧化物，即制备LiFePO₄的前驱体；

在前驱体中加入锂源材料、磷源材料或者磷锂源材料，使混合物中Li∶Fe∶P(摩尔比)＝1～1.2∶1∶1，并混合均匀；

将混合物在氮气或氩气保护下，于500℃～700℃焙烧，得到多元掺杂的LiFePO₄材料。

所述钢渣中T.Fe≥18.0％，且0.5％≤P₂O₅≤4.0％，且1.0％≤MnO+TiO₂+Cr₂O₃+V₂O₅≤10.0％。

本发明还原过程中还原介质除了碳、CO或H₂外，天然气、甲烷等还原性气体也可以达到还原效果。

本发明具有以下有益效果：本发明使用钢渣制备LiFePO₄，充分利用了钢渣中含有Fe、P、Mn、Ti、Cr等多种元素，达到多元掺杂LiFePO₄的目的，大大节约了制备LiFePO₄的资源，提高LiFePO₄的导电率，并且保证LiFePO₄的振实密度。此外还为钢渣高附加值利用开拓了新的方向。

具体实施方式

实施例1：

(1)称取1000克的钢渣粉(钢渣主要成分见表1)和100克的炭粉混合，置于高温炉中于1400℃下焙烧还原处理2.5小时，取出冷至室温。将还原处理后含有Mn、Cr等掺杂元素的Fe-P基合金经磁选分离出来。(2)将磁选分离得到的Fe-P基合金于空气环境中在650℃氧化3.4小时，得到复合氧化物。(3)再称取440克NH₄H₂PO₄和98克LiOH与获得的复合氧化物一起进行机械混合处理，使之均匀。(4)将混合好的配料置于陶瓷坩埚中，在520℃、氮气保护下焙烧8小时，随炉冷却至室温，即得到LiFePO₄材料。

实施例2：