本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及一种磷酸铁的制备方法。
背景技术：
磷酸铁又称磷酸高铁，英文名称是iron(iii)phosphatetetrahydrate，cas号为10045-86-0。
锂离子电池是新一代的绿色高能电池，具有电压高、能量密度大、循环性能好、自放电小、无记忆效应、工作温度范围宽等众多优点，广泛应用于移动电话、笔记本电脑、数码相机、摄录机、电子仪表等，在ups、电动工具、电动自行车、电动汽车、储能电池等领域也具有光明的应用前景。近年来，锂离子电池的产量飞速增长，应用领域不断扩大，已成为在二十一世纪对国民经济和人民生活具有重要意义的高新技术产品。
目前，锂离子电池在便携式电子产品用的小型电池领域已日趋成熟，应用范围正逐步向中大容量、中高功率的动力型和储能型电池领域拓展。正极材料是锂离子电池的重要组成部分，其性能在很大程度上决定了电池的综合性能。正极材料研究和性能改进是锂离子电池发展的核心之一。
磷酸铁作为制作锂电池的磷酸铁锂的原料，随着新能源的运用，其需求越来越大，目前磷酸铁的生产工艺多为磷酸盐与铁盐生产磷酸铁，较少有磷酸与铁直接生产磷酸铁的工艺，磷酸盐与铁盐生产磷酸铁其生产时间与能耗均高于磷酸与铁直接生产磷酸铁，而且有其他盐作为副产，大量副产盐的销售处理较为困难。由于铁盐的杂质较高，对于磷酸铁的生产提纯有较大的困难，使用铁盐的工艺，对提纯的工艺要求较高，铁粉及其氧化物纯度普遍较高，利于对其杂质进行的约束，对于生产磷酸铁能保证其杂质含量极低。如使用硫酸亚铁为原料，需要考虑其中钛等金属离子的含量，还需要考虑处理硫酸根的问题，但是使用铁粉的话，一般金属离子含量最高的为锰，虽然在磷酸铁国标中未对此提出要求，但可以选用锰含量极低的铁粉作为原料，即只有数百ppm锰含量的铁粉为原料，即可将产品的金属离子含量控制在100ppm以内。
使用铁及其氧化物作为铁源生产的磷酸铁，对比铁盐生产的磷酸铁有其优势，但较之铁盐生产的磷酸铁产品其晶型稍差，粒度较大，对于磷酸铁生产来说是一个比较迫切需要解决的问题。
技术实现要素：
本发明旨在提供一种磷酸铁的制备方法，使用较纯的铁加少量的铁的氧化物作为原料与磷酸产生磷酸铁，避免了磷酸盐与铁盐生产磷酸铁时大量副产的盐的处理，同时有效能使其有极佳的晶型与较低的粒度，并且控制其金属离子含量在100ppm以内，达到绿色生产的目的。
为解决上述技术问题，本发明一种磷酸铁的制备方法，制备方法如下：
s1、磷酸亚铁制备：将铁源与磷酸及磷酸母液投入反应釜中，加入蒸馏水配置固含5％-15％，升温、搅拌，在60-100℃温度下反应0.5-2h；再进行过滤，滤液为磷酸亚铁母液；
s2、磷酸铁的制备：在压力釜中按磷酸亚铁与过氧化氢摩尔比1:0.5-2的比例向磷酸亚铁母液中投入30％过氧化氢溶液，升温至40-60℃进行常压反应，升温至90-120℃进行高压反应,再进行过滤，滤渣即为磷酸铁粗品，滤液经精馏塔精馏提纯后即为磷酸母液，回用至磷酸亚铁制备阶段；
s3、水洗：将磷酸铁粗品使用蒸馏水配置，溶液固含5％-50％，升温至60-80℃搅拌洗涤，过滤后重复洗涤；
s4、烘干：将洗涤完成后的磷酸铁产品于80-100℃的干燥箱内烘干8-12h，即得到磷酸铁产品。
进一步地，s1中所述铁源为铁粉、三氧化二铁、四氧化三铁或纯铁中的一种或多种。
具体地，所述铁源与磷酸配比为1:1.01-1.03。
进一步地，s2中所述常压反应时间为0.5-1h，所述高压反应时间为1-2h。
进一步地，s3中搅拌洗涤时间为15-30min，重复洗涤后ph值接近7。
本发明的有益效果是：
1)直接使用铁粉、纯铁与铁的氧化物作为原料，其制备磷酸亚铁的工艺较为简单，有效解决磷酸盐与铁盐进行置换反应制成磷酸亚铁后需要对反应副产的盐进行处理的问题，大量的副产盐价值较低，销售困难，还增加了生产的能耗与人工、设备成本；
2)通过高压氧化工艺控制磷酸铁的性能，有效提升了振实密度等性能；
3)通过将磷酸精馏提纯回用，有效降低了物料损耗，降低了污水的含磷量降低了污水处理难度。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的一个具体实施例中，公开了一种磷酸铁的制备方法，制备方法如下：
s1、将摩尔比1:1.01的0.5mol铁粉与0.505mol磷酸与磷酸母液投入反应釜中，加入蒸馏水配至固含5％，逐步升温至96℃反应0.5h，过滤；
s2、将滤液加入反应釜，按铁粉摩尔比加入0.25mol30％过氧化氢，升温至60℃保温0.5h，升温至100℃，保温2h，过滤，得磷酸铁粗品；
s3、将磷酸铁粗品加入反应釜，加入蒸馏水配置固含5％，升温至80℃搅拌洗涤15min，过滤，重复洗涤3次，ph接近7，洗涤完成；
s4、将磷酸铁产品在80℃烘箱中烘干10h，得到磷酸铁产品。
以铁源计算产品收率达到99％，粒度达到3.2um满足hg/t4701-2014《电池用磷酸铁》行业标准要求，振实密度达到0.80g/cm3，满足hg/t4701-2014《电池用磷酸铁》行业标准要求。
本发明的另一个具体实施例中，公开了一种磷酸铁的制备方法，制备方法如下：
s1、将摩尔比1:1.03的0.6mol纯铁与0.609mol磷酸及磷酸母液投入反应釜中，加入蒸馏水配至固含15％，逐步升温至90℃反应1h，过滤；
s2、将滤液加入反应釜，按纯铁摩尔比1:1加入0.6mol30％过氧化氢，升温至60℃保温1h，升温至120℃，保温1h,过滤，得磷酸铁粗品；
s3、将磷酸铁粗品加入反应釜，加入蒸馏水配置固含30％，升温至80℃搅拌洗涤15min，过滤；重复洗涤3次，ph接近7，洗涤完成。
s4、将磷酸铁产品与100℃烘箱中烘干8h；即可得磷酸铁产品。
以铁源计算产品收率达到99％，粒度达到4.0um满足hg/t4701-2014《电池用磷酸铁》行业标准要求，振实密度达到0.78g/cm3，满足hg/t4701-2014《电池用磷酸铁》行业标准要求。
本发明的再一个具体实施例中，公开了一种磷酸铁的制备方法，制备方法如下：
s1、将摩尔比1:1.02的0.4mol三氧化二铁与0.408mol磷酸及磷酸母液投入反应釜中，加入蒸馏水配至固含10％，逐步升温至92℃反应0.5h，过滤；
s2、将滤液加入反应釜，按铁源摩尔比1:1.5加入0.6mol30％过氧化氢，升温至50℃保温1h，升温至100℃，保温2h，过滤,得磷酸铁粗品；
s3、将磷酸铁粗品加入反应釜，加入蒸馏水配置固含50％，升温至80℃搅拌洗涤15min，过滤，重复洗涤3次，ph接近7，洗涤完成；
s4、将磷酸铁产品与90℃烘箱中烘干12h，即可得磷酸铁产品。
以铁源计算产品收率达到99％，粒度达到4.2um满足hg/t4701-2014《电池用磷酸铁》行业标准要求，振实密度达到0.80g/cm3，满足hg/t4701-2014《电池用磷酸铁》行业标准要求。
本发明的有益效果是：
1)直接使用铁粉、纯铁与铁的氧化物作为原料，其制备磷酸亚铁的工艺较为简单，有效解决磷酸盐与铁盐进行置换反应制成磷酸亚铁后需要对反应副产的盐进行处理的问题，大量的副产盐价值较低，销售困难，还增加了生产的能耗与人工、设备成本；
2)通过高压氧化工艺控制磷酸铁的性能，有效提升了振实密度等性能；
3)通过将磷酸精馏提纯回用，有效降低了物料损耗，降低了污水的含磷量降低了污水处理难度。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。