一種工業磷酸一銨和硫酸亞鐵制備高壓實磷酸鐵的方法技術

本發明專利技術涉及電極材料技術領域，具體涉及一種工業磷酸一銨和硫酸亞鐵制備高壓實磷酸鐵的方法。步驟包括：(1)硫酸亞鐵的溶解和精制；(2)硫酸亞鐵的氧化；(3)磷酸鐵的制備；(4)一級過濾漿化；(5)多級過濾；(6)干燥

【技術實現步驟摘要】
一種工業磷酸一銨和硫酸亞鐵制備高壓實磷酸鐵的方法


[0001]本專利技術涉及電極材料
，具體涉及一種工業磷酸一銨和硫酸亞鐵制備高壓實磷酸鐵的方法。

技術介紹

[0002]鋰離子電池有著體積小、重量輕、容量大、能量高的優點，是現代高性能電池的代表。在鋰離子電池中一般采用含有鋰元素的材料作為電極，其中磷酸鐵鋰電池是一種使用磷酸鐵鋰作為正極材料、碳作為負極材料的鋰離子電池。磷酸鐵鋰是最安全的鋰離子電池正極材料，同時具有高能量密度和高充電性能的優點。
[0003]在磷酸鐵鋰的生產工藝中，磷酸鐵具有獨特的催化特性、離子交換能力和電化學性能，是制備磷酸鐵鋰的優良原料。現有技術中，磷酸鐵的生產工藝主要有鈉法、銨法、鐵粉、肥料磷酸、氧化鐵紅、磷酸氫鈣6種，其中銨法為硫酸亞鐵溶液與磷酸一銨反應，經沉淀過濾后再中和過量的酸得到磷酸鐵成品，原料中的硫酸亞鐵可使用硫酸法生產鈦白粉的硫酸亞鐵固體副產物。由于銨法原料成本較低、產品性能相對均衡，壓實和容量較為平衡，冬天低溫性能相對更好，現有技術中生產磷酸鐵多選用銨法制備。
[0004]而在鋰電池工業中，磷酸鐵由于現有生產工藝的限制，生產出的成品往往振實密度低，僅在0.7
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0.8g/cm3，使用低振實密度的磷酸鐵作為原料制備的磷酸鐵鋰電極體積比容量低，實際應用中的能量密度受限制，導致磷酸鐵鋰電池的容量的表現不理想。因此，提高磷酸鐵產品振實密度進而提升磷酸鐵鋰電極的體積比容量對磷酸鐵鋰電池的實用化具有十分重要的意義。

技術實現思路

[0005]針對現有工業化生產工藝得到的磷酸鐵振實密度低、制備的電極芯片體積比容量低、能量密度受限的技術問題，本專利技術提供一種工業磷酸一銨和硫酸亞鐵制備高壓實磷酸鐵的方法，采用先氧化再復分解的反應路線，前期少量磷酸一銨快速與鐵離子反應形成小顆粒磷酸鐵并聚集成長，反應徹底；通過緩慢加入磷酸一銨的方式使磷酸鐵顆粒的粒度分布更均勻，配合陳化及煅燒環節，可使磷酸鐵實現最密堆積效果，最終得到的磷酸鐵產品振實密度高，使用本專利技術制備的電池正極材料體積比容量高、電池的能量密度大。
[0006]本專利技術提供一種工業磷酸一銨和硫酸亞鐵制備高壓實磷酸鐵的方法，步驟包括：
[0007](1)硫酸亞鐵的溶解和精制，將含雜硫酸亞鐵固體加水溶解后加入鐵粉充分反應，過濾，收集濾液，得到精制硫酸亞鐵溶液，加入鐵粉可除去鈦、鋅等金屬離子并提升精致硫酸亞鐵中的鐵元素含量；
[0008](2)硫酸亞鐵的氧化，向精制硫酸亞鐵溶液加入雙氧水充分反應，得到氧化溶液，步驟(2)的主要反應方程式為：2FeSO4+H2O2+H2SO4＝Fe2(SO4)3+2H2O；
[0009](3)磷酸鐵的制備，向氧化溶液中加入磷酸一銨溶液，加熱充分反應，得到磷酸鐵漿料，步驟(3)的主要反應方程式為：Fe2(SO4)3+2NH4H2PO4＝2FePO4+(NH4)2SO4+2H2SO4；
[0010](4)一級過濾漿化，對磷酸鐵漿料進行一級過濾，收集固體部分并進行洗滌得到一級濾餅，向洗滌后的一級濾餅中加入純水攪拌，并轉移至轉化釜陳化，得到陳化后的磷酸鐵漿料；
[0011](5)多級過濾，對陳化后的磷酸鐵漿料進行二級過濾，收集固體部分并進行洗滌得到二級濾餅，向洗滌后的二級濾餅中加入純水攪拌，再進行三級過濾，收集固體部分，得到三級濾餅；
[0012](6)干燥
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煅燒
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粉碎，對三級濾餅進行干燥得到含結晶水磷酸鐵，對含結晶水磷酸鐵進行煅燒脫除結晶水后，送入粉碎裝置粉碎，粉碎后的尾氣經脈沖收塵器后高空達標排放，將粉碎后的物料混合均勻，得到高壓實磷酸鐵，高壓實磷酸鐵的振實密度≥0.9g/cm3。
[0013]進一步的，步驟(1)的含雜硫酸亞鐵固體為硫酸法生產鈦白粉的硫酸亞鐵固體副產物。
[0014]進一步的，步驟(1)的反應溫度為40
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60℃，制得的精制硫酸亞鐵溶液中鐵元素的質量百分濃度為6％
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8％。
[0015]進一步的，步驟(2)加入的雙氧水中H2O2與精制硫酸亞鐵溶液中鐵元素的摩爾比為0.5
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1：1、反應溫度為40
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60℃、反應時間為15min
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2h。
[0016]進一步的，步驟(3)中的磷酸一銨溶液為的工業級磷酸一銨溶液，NH4H2PO4的質量百分濃度為25％
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28％。
[0017]進一步的，步驟(3)加入的磷酸一銨溶液中NH4H2PO4與氧化溶液中鐵元素的摩爾比為0.9
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1.1：1，反應過程中蒸汽加熱，溫度80
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90℃，反應時間為2
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4h。
[0018]進一步的，步驟(4)一級過濾后收集濾液部分，用于肥料生產環節中，濾液中含(NH4)2SO4和NH4H2PO4，可用于生產氮肥、磷肥。
[0019]進一步的，步驟(4)對一級過濾收集到的固體部分進行洗滌，洗滌終點為出水電導率≤4000μs/cm。
[0020]進一步的，步驟(5)對二級過濾收集到的固體部分進行洗滌，洗滌終點為出水電導率≤1500μs/cm。
[0021]進一步的，步驟(6)將含結晶水磷酸鐵通過回轉窯煅燒，煅燒溫度為500
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800℃，煅燒時間為2
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4h。
[0022]本專利技術的有益效果在于：
[0023]1.本專利技術提供的一種工業磷酸一銨和硫酸亞鐵制備高壓實磷酸鐵的方法，采用先氧化再復分解的反應路線，先使用雙氧水將精制硫酸亞鐵溶液完全氧化，再緩慢加入磷酸一銨，反應溶液起始鐵元素濃度高，可使加入的少量磷酸一銨與高濃度鐵離子快速反應形成小顆粒磷酸鐵，并在后續反應中以小顆粒磷酸鐵為核心聚集成長，反應徹底。
[0024]2.本專利技術通過緩慢加入磷酸一銨的方式，持續反應，不同時間段反應形成的磷酸鐵顆粒在反應結束時的成長程度不同，使反應生成的磷酸鐵顆粒的粒度分布更均勻，配合后續陳化及煅燒環節，可使小顆粒磷酸鐵充分填隙于大顆粒磷酸鐵之間，實現最密堆積效果，最終得到的磷酸鐵產品振實密度高，可達到0.9g/cm3以上，使用本專利技術制備的電池正極材料體積比容量高、電池的能量密度大。
附圖說明
[0025]為了更清楚地說明本專利技術實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對于本領域普通技術人員而言，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0026]圖1是實施例1的生產流程圖。
具體實施方式
[0027]為了使本
的人員更好地理解本專利技術中的技術方案，下面將結合本專利技術實施例中的附圖，對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本專利技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種工業磷酸一銨和硫酸亞鐵制備高壓實磷酸鐵的方法，其特征在于，步驟包括：(1)硫酸亞鐵的溶解和精制，將含雜硫酸亞鐵固體加水溶解后加入鐵粉充分反應，過濾，收集濾液，得到精制硫酸亞鐵溶液；(2)硫酸亞鐵的氧化，向精制硫酸亞鐵溶液加入雙氧水充分反應，得到氧化溶液；(3)磷酸鐵的制備，向氧化溶液中緩慢加入磷酸一銨溶液，同時加熱進行反應，充分反應后得到磷酸鐵漿料；(4)一級過濾漿化，對磷酸鐵漿料進行一級過濾，收集固體部分并進行洗滌得到一級濾餅，向洗滌后的一級濾餅中加入純水攪拌，并轉移至轉化釜陳化，得到陳化磷酸鐵漿料；(5)多級過濾，對陳化磷酸鐵漿料進行二級過濾，收集固體部分并進行洗滌得到二級濾餅，向洗滌后的二級濾餅中加入純水攪拌，再進行三級過濾，收集固體部分，得到三級濾餅；(6)干燥
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煅燒
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粉碎，對三級濾餅進行干燥得到含結晶水磷酸鐵，對含結晶水磷酸鐵進行煅燒后，送入粉碎裝置粉碎，將粉碎后的物料混合均勻得到高壓實磷酸鐵。2.如權利要求1所述的一種工業磷酸一銨和硫酸亞鐵制備高壓實磷酸鐵的方法，其特征在于，步驟(1)的含雜硫酸亞鐵固體為硫酸法生產鈦白粉的硫酸亞鐵固體副產物。3.如權利要求1所述的一種工業磷酸一銨和硫酸亞鐵制備高壓實磷酸鐵的方法，其特征在于，步驟(1)的反應溫度為40
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60℃，制得的精制硫酸亞鐵溶液中鐵元素的質量百分濃度為6％
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8％。4.如權利要求1所述的一種工業磷酸一銨和硫酸亞鐵制備高壓實磷酸鐵的方法，其特征在于，步驟(2)加入的雙氧水中H2O2與精制硫酸亞鐵溶液中鐵元素的摩爾比為0.5
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1：...

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊華鋒，鄧子昭，劉帥杰，姜國慶，
申請(專利權)人：湖北豐鋰新能源科技有限公司，
類型：發明
國別省市：