一种电池级无水磷酸铁的制备方法技术

本发明专利技术公开一种电池级无水磷酸铁的制备方法。将铁粉与红磷混合，然后加入酒精，在球磨机内球磨，得到球磨料；将球磨料进行减压蒸馏，将酒精蒸发出去，蒸发出去的酒精蒸气冷凝回收其中的酒精，然后将蒸馏后剩余的铁磷混合物放入到回转炉内煅烧，煅烧过程鼓入空气，煅烧温度为550‑620℃，煅烧时间为4‑8h；将煅烧料冷却后经过气流粉碎至物料粒径为0.5‑2μm，然后经过100‑200目筛过筛后，4‑5级电磁除铁器进行电磁铸铁，除铁至磷酸铁的磁性物质低于1ppm后，真空包装，得到电池级无水磷酸铁。本发明专利技术工艺简单，成本低，可以一步法得到无水磷酸铁，且完全无废水产生，且一次粒径大，杂质含量少，纯度高。

A Method for the Preparation of Battery-grade Anhydrous Ferric Phosphate

The invention discloses a preparation method of battery grade anhydrous iron phosphate. The ball abrasive is obtained by mixing iron powder with red phosphorus, then adding alcohol and ball milling in ball mill. The ball abrasive is distilled by vacuum distillation, the alcohol is evaporated and condensed to recover the alcohol. Then the remaining Iron-Phosphorus mixture after distillation is put into rotary furnace for calcination. The calcination process is filled with air. The calcination temperature is 550 620 C, and the calcination time is 4. After cooling, the calcined material is crushed by airflow to 0.5 The invention has the advantages of simple process, low cost, one-step preparation of anhydrous iron phosphate, no waste water, large primary particle size, less impurity content and high purity.

【技术实现步骤摘要】
一种电池级无水磷酸铁的制备方法
本专利技术涉及一种电池级无水磷酸铁的制备方法，属于锂电池新能源材料领域。
技术介绍
电池级无水磷酸铁，目前为主流的制备磷酸铁锂的前驱体，相比较氧化铁红、草酸亚铁等前驱体，磷酸铁制备的磷酸铁锂，具有电性能好，压实密度高，工艺稳定，产品一致性好的特点。目前无水磷酸铁的制备均为磷酸盐与铁盐反应得到二水磷酸铁，再经过高温煅烧(一般温度为500-600℃)脱去两个结晶水得到无水磷酸铁，煅烧过程能耗高，且在制备二水磷酸铁过程，液相合成会产生大量的含氨氮或者磷酸根的废水，环保处理成本高。根据实际目前市面上的无水磷酸铁的价格和利润来估算，每吨无水磷酸铁的制备成本约为0.9-1.1万，再加上环保处理的成本以及其他费用，则实际成本要高于此。随着新能源汽车的发展以及国家补贴的逐步降低，对磷酸铁锂的价格越来越敏感，所以也迫切要求磷酸铁的成本要降低。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种电池级无水磷酸铁的制备方法，工艺简单，成本低，可以一步法得到无水磷酸铁，且完全无废水产生，且一次粒径大，杂质含量少，纯度高。本专利技术通过以下技术手段解决上述技术问题：一种电池级无水磷酸铁的制备方法，将铁粉与红磷混合，然后加入酒精，在球磨机内球磨，得到球磨料；将球磨料进行减压蒸馏，将酒精蒸发出去，蒸发出去的酒精蒸气冷凝回收其中的酒精，然后将蒸馏后剩余的铁磷混合物放入到回转炉内煅烧，煅烧过程鼓入空气，煅烧温度为550-620℃，煅烧时间为4-8h；将煅烧料冷却至料温≤60℃，然后经过气流粉碎至物料粒径为0.5-2μm，然后经过100-200目筛过筛后，4-5级电磁除铁器进行电磁铸铁，除铁至磷酸铁的磁性物质低于1ppm后，真空包装，得到电池级无水磷酸铁。所述铁粉的粒径为1-4μm，铁粉中的铁含量≥99.5％，镍钴含量≤20ppm，钙镁含量≤50ppm,硫含量低于200ppm，所述红磷的纯度≥99.5％，铁粉中的铁与红磷中的磷的摩尔比为1:1.02-1.05。加入的酒精的质量为铁粉和红磷总质量的2-4倍，得到的球磨料的粒径为0.5-2μm。减压蒸馏过程压力为0.01-0.02MPa,蒸馏温度为40-60℃.冷凝回收的酒精返回球磨使用。在回转炉煅烧过程，回转炉的转速为2-4r/min，回转炉内的气氛中，氧气体积分数大于18％，空气在回转炉的气体流速≥3m/S。气流粉碎采用露点≤-40℃的压缩空气为气源，压缩空气的压力为4-7个大气压。电磁除铁器的磁强度为10000-12000GS。球磨过程球磨机内的磨球为氧化锆磨球，氧化锆磨球的直径为0.3-3mm。本专利技术采用铁粉和磷单质，在高温氧气气氛下煅烧，直接一步法合成得到无水磷酸铁，完全在无水的环境下高温固相法合成，相比较液相法-煅烧脱水工艺，流程短，工艺简单，且无废水产生，且本专利技术采用的原料为铁粉和磷单质，每吨无水磷酸铁消耗铁粉约0.37吨，单质磷约0.21吨，原料成本仅仅只有5000元，相比较其他工艺，如磷酸盐与亚铁盐在氧化剂作用下的液相反应，其原料成本(包括纯水)达到了7000元以上，且本工艺在能耗方面，人工方面均比常规的液相法有巨大优势，最终每吨无水磷酸铁，本工艺相比较常规的液相法，成本低3500元以上，具有巨大的优势；同时，本工艺的设备投资少，不需要污水处理装置，也不需要各种液相合成所需要的设备，包括反应釜、压滤机、管件、各种泵等，根据计算，本工艺的设备投资比常规的液相合成工艺减少了20％以上，同时人工成本也降低了。本专利技术以固相法来合成无水磷酸铁，将铁粉、红磷加入酒精，在酒精介质球磨，磨细后的磷单质与铁单质，比表面积更大，粒径更小，活性更高，同时酒精的强分散性，可以提高铁与磷之间的混合效率，使得混合更加均匀，然后经过减压蒸馏，将酒精蒸发出来，再经过冷凝回收其中的酒精，酒精返回使用，从而降低了成本，再将混合好的铁磷混合物放入回转炉内煅烧，同时通入空气，在空气气氛下，高温条件下，发生以下反应：Fe+P+2O2------FePO4。然后经过冷却，冷却的物料，电磁除铁器的除铁效率更高，然后经过气流粉碎，将少量未反应的铁单质剥离出来，经过筛分除铁后真空包装，得到电池级无水磷酸铁，采用低露点的空气，可以避免无水磷酸铁的二次吸水，同时采用4-5级电磁除铁器除铁，可以最大程度的降低磁性物质，从而满足电池级磷酸铁的要求。由于为纯固相法反应，相比较液相反应，可以得到一次粒径更大的无水磷酸铁，且由于无其他元素参与反应，如硫酸根、铵根等，所以纯度更高，杂质含量低。本专利技术的有益效果是：1.工艺简单，成本低，可以一步法得到无水磷酸铁，每吨无水磷酸铁相比较其他工艺少3500元以上，按照年产1万吨的无水磷酸铁，可以降低成本3500万。2.环保性好，纯固相法合成，完全无废水产生，且设备投资少。3.得到的无水磷酸铁一次粒径大，杂质含量少，纯度高。附图说明附图1为本专利技术实施例1-4的产品的XRD图。具体实施方式以下将结合具体实施例对本专利技术进行详细说明，本实施例的一种电池级无水磷酸铁的制备方法，将铁粉与红磷混合，然后加入酒精，在球磨机内球磨，得到球磨料；将球磨料进行减压蒸馏，将酒精蒸发出去，蒸发出去的酒精蒸气冷凝回收其中的酒精，然后将蒸馏后剩余的铁磷混合物放入到回转炉内煅烧，煅烧过程鼓入空气，煅烧温度为550-620℃，煅烧时间为4-8h；将煅烧料冷却至料温≤60℃，然后经过气流粉碎至物料粒径为0.5-2μm，然后经过100-200目筛过筛后，4-5级电磁除铁器进行电磁铸铁，除铁至磷酸铁的磁性物质低于1ppm后，真空包装，得到电池级无水磷酸铁。所述铁粉的粒径为1-4μm，铁粉中的铁含量≥99.5％，镍钴含量≤20ppm，钙镁含量≤50ppm,硫含量低于200ppm，所述红磷的纯度≥99.5％，铁粉中的铁与红磷中的磷的摩尔比为1:1.02-1.05。加入的酒精的质量为铁粉和红磷总质量的2-4倍，得到的球磨料的粒径为0.5-2μm。减压蒸馏过程压力为0.01-0.02MPa,蒸馏温度为40-60℃.冷凝回收的酒精返回球磨使用。在回转炉煅烧过程，回转炉的转速为2-4r/min，回转炉内的气氛中，氧气体积分数大于18％，空气在回转炉的气体流速≥3m/S。气流粉碎采用露点≤-40℃的压缩空气为气源，压缩空气的压力为4-7个大气压。电磁除铁器的磁强度为10000-12000GS。球磨过程球磨机内的磨球为氧化锆磨球，氧化锆磨球的直径为0.3-3mm。实施例1一种电池级无水磷酸铁的制备方法，将铁粉与红磷混合，然后加入酒精，在球磨机内球磨，得到球磨料；所述铁粉的粒径为2.4μm，铁粉中的铁含量≥99.5％，镍钴含量≤20ppm，钙镁含量≤50ppm,硫含量低于200ppm，所述红磷的纯度≥99.5％，铁粉中的铁与红磷中的磷的摩尔比为1:1.035。加入的酒精的质量为铁粉和红磷总质量的3倍，得到的球磨料的粒径为0.95μm。球磨过程球磨机内的磨球为氧化锆磨球，氧化锆磨球的直径为0.5mm。将球磨料取样，测激光粒度，结果如下：DminD10D50D90D99Dmax0.26μm0.61μm0.95μm1.45μm1.57μm1.97μm将球磨料进行减压蒸馏，将酒精蒸发出去，蒸发出去的酒精蒸气冷凝回收其中的酒精，然后将蒸馏后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电池级无水磷酸铁的制备方法，其特征在于，将铁粉与红磷混合，然后加入酒精，在球磨机内球磨，得到球磨料；将球磨料进行减压蒸馏，将酒精蒸发出去，蒸发出去的酒精蒸气冷凝回收其中的酒精，然后将蒸馏后剩余的铁磷混合物放入到回转炉内煅烧，煅烧过程鼓入空气，煅烧温度为550‑620℃，煅烧时间为4‑8h；将煅烧料冷却至料温≤60℃，然后经过气流粉碎至物料粒径为0.5‑2μm，然后经过100‑200目筛过筛后，4‑5级电磁除铁器进行电磁铸铁，除铁至磷酸铁的磁性物质低于1ppm后，真空包装，得到电池级无水磷酸铁。

【技术特征摘要】
1.一种电池级无水磷酸铁的制备方法，其特征在于，将铁粉与红磷混合，然后加入酒精，在球磨机内球磨，得到球磨料；将球磨料进行减压蒸馏，将酒精蒸发出去，蒸发出去的酒精蒸气冷凝回收其中的酒精，然后将蒸馏后剩余的铁磷混合物放入到回转炉内煅烧，煅烧过程鼓入空气，煅烧温度为550-620℃，煅烧时间为4-8h；将煅烧料冷却至料温≤60℃，然后经过气流粉碎至物料粒径为0.5-2μm，然后经过100-200目筛过筛后，4-5级电磁除铁器进行电磁铸铁，除铁至磷酸铁的磁性物质低于1ppm后，真空包装，得到电池级无水磷酸铁。2.根据权利要求1所述的一种电池级无水磷酸铁的制备方法，其特征在于：所述铁粉的粒径为1-4μm，铁粉中的铁含量≥99.5％，镍钴含量≤20ppm，钙镁含量≤50ppm,硫含量低于200ppm，所述红磷的纯度≥99.5％，铁粉中的铁与红磷中的磷的摩尔比为1:1.02-1.05。3.根据权利要求1所述的一种电池级无水磷酸铁的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：王柯娜，
申请(专利权)人：王柯娜，
类型：发明
国别省市：浙江,33