[发明专利]利用菱铁矿与菱锰矿制备磷酸锰铁锂的方法

说明书

本发明公开了一种利用菱铁矿与菱锰矿制备磷酸锰铁锂的方法，它是在菱铁矿与菱锰矿中直接加入磷酸得到铁锰的溶液，在铁锰的溶液中直接加入氢氧化锂，在水热条件下充分反应后得到磷酸锰铁锂沉淀，过滤即可得到锂离子电池正极材料磷酸锰铁锂LiFe_0.5Mn_0.5PO₄。本发明利用的原料是菱铁矿和菱锰矿，实现了锂离子电池正极材料从自然界直接获得的目的，而且反应过程中生成的气体是在常温下无色无味无臭的CO₂气体，CO₂气体对人体没有伤害，没有可燃性，易于操作，而且生成的CO₂起到搅拌溶液的作用，增加了菱铁矿和菱锰矿的活性，进一步提高了反应的可行性。

技术领域

本发明属于电化学领域，尤其是利用菱铁矿与菱锰矿制备锂离子电池正极材料LiFe_0.5Mn_0.5PO4的方法。

背景技术

锂离子电池是性能卓越的新一代绿色高能电池，已成为高新技术发展的重点之一，而作为锂离子电池正极材料的磷酸锰铁锂由于高电压，高体积密度、高循环寿命、高安全性、低成本和低温性能优异的优点越来越收受到行业人员的青睐。目前制备磷酸锰铁锂的方法就是用水溶性的锰源、水溶性的铁源以及水溶性磷源与水溶性锂源进行化学反应，比如中国专利申请号2013107438031公开的一种磷酸锰铁锂的制备方法，含有水溶性二价锰源、水溶性二价铁源以及水溶性磷源的第一溶液与含有水溶性锂源的第二溶液并流混合后反应。这种方法所用的原料都是市场上直接买来的化学原料，原料受限，成本高，没有实用价值，不能产业化生产。因此，需要探索一种新的成本低的制备磷酸锰铁锂的方法。

中国专利公开号CN104817059A公开了一种由铁粉和磷酸反应制备电池级磷酸铁的方法，它是将铁粉与稀磷酸混合，反应生成Fe(H₂PO₄)₂，然后加入氧化剂氧化生成磷酸铁沉淀，经过滤、干燥得到高纯的电池级磷酸铁即二水合磷酸铁；二水合磷酸铁为准红磷铁矿(磷铁矿)晶型的纳米片状晶体。该公开的技术存在的缺陷是：一是由于主要的原料是铁粉，公知常识，铁粉不是自然界自然存在的，是一种再生物，需要炼钢而成，炼钢是一个比较复杂的工序，要耗费大量的电能，如果用一种再生物去合成锂离子电池正极材料这肯定不是一种值得推荐的好方法；二是在反应过程中生成了氢气，氢气是一种易燃易爆的气体，在空气中达到一定比例时，遇到明火会发生爆炸，这不但给整个工序带来了危害性，还要求操作工具有很高的操作技能。所以说，该文献公开的技术无法大面积推广和产业化，也不符合当前节能环保的政策。

菱铁矿是一种分布比较广泛的矿物，它的成分是碳酸亚铁，现有文献记载有利用菱铁矿合成磷酸铁锂，方法是先将菱铁矿采用硫酸、盐酸或硝酸溶解后加入氧化剂和磷酸或磷酸盐反应生成锂离子电池正极材料前驱体磷酸铁，磷酸铁再与碳酸锂和C烧结合成磷酸铁锂，该方法由于需要加入硫酸、盐酸或硝酸将菱铁矿中的铁浸出，所以工艺过程长，合成效率低；二是由于加入了硫酸、盐酸或硝酸，引入了影响电池性能的杂质元素SO₄²-、CL-和NO₃-等。目前还没有利用菱铁矿生产磷酸锰铁锂正极材料的。

发明内容

为了克服现有制备磷酸锰铁锂技术存在的原料受限，成本高，无法产业化生产的技术缺陷，本发明提供一种利用菱铁矿与菱锰矿制备锂离子电池正极材料-磷酸锰铁锂的方法。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种利用菱铁矿与菱锰矿制备磷酸锰铁锂的方法，其特征在于，

第一步：溶解菱铁矿与菱锰矿

在菱铁矿与菱锰矿中直接加入磷酸，要求磷酸的浓度为0.2-0.3mol/L，要求铁加锰与纯磷酸的摩尔比为2:(4-8)，锰与铁的摩尔比为1：1，反应温度为0-100℃，反应时间为1-10h，待充分反应后，过滤得到铁锰的溶液，化学反应式为：