磷酸铁锂废料中FePO_(4)·2H_(2)O提取及其杂质形成机理

作     者：黄玲 张成智 谭军 李穗敏 HUANG Ling;ZHANG Cheng-Zhi;TAN Jun;LI Sui-Min

作者机构：季华实验室佛山528200 

出 版 物：《无机化学学报》 (Chinese Journal of Inorganic Chemistry)

年 卷 期：2023年第39卷第2期

页      面：357-366页

核心收录：

学科分类：081704[工学-应用化学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0703[理学-化学] 

基　　金：季华实验室基金(No.X200191TL200 X220161XS220)资助。 

主　　题：锂离子电池 废旧磷酸铁锂电池 共沉淀 LiFePO_(4) 回收 

摘      要：采用化学共沉淀方法从磷酸铁锂废料中提取FePO_(4)·2H_(2)O,并研究了回收过程中杂质形成的机理。在热力学计算基础上绘制了298和363 K时Fe-P-Li-H_(2)O体系的电势(φ)-pH图,结果表明当pH≤5.0时,Fe(OH)_(3)相可以自发地转成FePO_(4)·2H_(2)O相,从而得到高纯的FePO_(4)·2H_(2)O。但实验结果发现当溶液中铁、磷的物质的量之比(nFe∶nP)为1∶1,合成pH为1.5~2.2时得到的FePO_(4)·2H_(2)O中存在Fe(OH)_(3)杂质,这是因为在共沉淀过程中少量Fe^(3+)以Fe(OH)_(3)快速沉淀,而陈化时Fe(OH)_(3)相转化速率慢,因此FePO_(4)·2H_(2)O中含有Fe(OH)_(3)杂相,而在后续的煅烧过程中Fe(OH)_(3)会与FePO_(4)·2H_(2)O进一步反应生成Fe_(3)PO_(7)。FePO_(4)·2H_(2)O中Fe(OH)_(3)的含量随合成的pH值和温度升高而快速增加。而nFe∶nP=1∶2时,溶液中部分H_(3)PO_(4)与NaOH反应生成NaH_(2)PO_(4),煅烧时NaH_(2)PO_(4)与FePO_(4)·2H_(2)O反应生成Na FeP_(2)O_(7)杂相,进一步降低磷酸铁的纯度。当溶液中nFe∶nP=1∶1,共沉淀温度为333 K,反应终点pH值为1.5时,可以制备出纯度为99.97%的FePO_(4)·2H_(2)O。用此FePO_(4)·2H_(2)O合成的LiFePO_(4)正极材料,其放电比容量为154.1 mAh·g^(-1),以0.2C(1C=180 mA·g^(-1))充放电循环100周后容量保持率为96.79%,具有优异的电化学性能,可用于制备磷酸铁锂电池。