本发明专利技术提出一种用于磷酸铁锂液相热合成的工业化装置，包括液相反应釜，用于混合制备磷酸铁锂的原料与助剂在适宜反应条件下形成纳米级或微米级磷酸铁锂颗粒；及洗涤分离一体釜，连通至液相反应釜的混合液出口，洗涤分离一体釜内设有至少一组用于混合液动态过滤的分离组件，分离组件包括一可转动设于釜上的中空转轴及间隔排列至中空转轴上的多个中空的分离膜片，分离膜片可使液体穿透表面进入内腔，分离膜片的内腔与中空转轴连通，中空转轴的排液口与反应液回收单元连通；洗涤分离一体釜连通有洗涤溶剂进管与湿料出管，且中空转轴的排液口还连通至洗液回收单元，采用以上装置可制备优良电化学性能的磷酸铁锂电池正极材料。料。料。
【技术实现步骤摘要】
一种用于磷酸铁锂液相热合成的工业化装置及工艺
[0001]本专利技术属于化工生产
，涉及一种用于磷酸铁锂液相热合成的工业化装置及工艺。
技术介绍
[0002]随着国民经济的快速发展，能源与环境问题逐渐成为可持续发展面临的挑战，可再生能源获得了越来越广泛地应用，其中锂电池产业已经成为国民经济发展的重要产业方向之一。磷酸铁锂正极材料的理论比容量较高，原材料价格低廉丰富，在全充电状态下具有良好的热稳定性、较小的吸湿性和优良的充放电循环性能，成为现今动力、储能领域研究和生产开发的重点。
[0003]自然界中的LiFePO4以磷铁锂矿的形式存在，但其杂质含量较高，不适合直接用作锂离子电池正极材料，用于锂离子电池正极材料的LiFePO4是人工合成的。按磷酸铁锂合成的反应相态，其制备方法可大略分为固相法和液相法两类。固相法是把磷酸铁锂制备的原料经粉碎细化后在适当的气氛下高温烧结而成，液相法是把有关原料和合成助剂首先溶解在溶剂中，然后再做进一步处理得到磷酸铁锂材料。固相法具有工艺简单、易于工业化等特点，但是在材料形貌、粒度控制方面不如液相法，这些指标正是材料改性关注的重点，对材料性能的提升有重要作用，而液相法恰恰能弥补这一缺点。
[0004]磷酸铁锂的液相制备方法主要包括水热法、溶剂热法、共沉淀法等，目前大多是采用两步法合成LiFePO4，即先利用液相法合成磷酸铁锂前驱体，然后再利用固相法合成LiFePO4材料，在固相反应过程中材料可能会有晶粒二次生长现象，利用两步法可在第一步得到纳米磷酸铁锂颗粒的基础上得到具有纳米微米复合结构的二次颗粒，从而弥补纳米颗粒制作电池正极时压实密度低的缺点。也有少数研究者通过液相热合成方法一步得到了具有优良电化学性能的电池正极材料。
[0005]基于上述愿景，设计一款通过液相热合成方法制备优良电化学性能的磷酸铁锂电池正极材料的工业化装置具有重要意义。
技术实现思路
[0006]针对上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种采用液相热合成方法制备优良电化学性能的磷酸铁锂正极电池材料的工业化装置及工艺，其集成程度高且生产效率高。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术一方面提出：
[0008]一种用于磷酸铁锂液相热合成的工业化装置，包括液相反应釜，用于混合制备磷酸铁锂的原料与助剂在适宜反应条件下形成具备特定形貌的纳米级或微米级磷酸铁锂颗粒；洗涤分离一体釜，连通至所述液相反应釜的混合液出口，所述洗涤分离一体釜内设有至少一组用于混合液动态过滤的分离组件，所述分离组件包括一可转动设于釜上的中空转轴及间隔排列至所述中空转轴上的多个中空的分离膜片，所述分离膜片可使液体穿透表面进入内腔，所述分离膜片的内腔与所述中空转轴连通，所述中空转轴的排液口与反应液回收
单元连通；以及所述洗涤分离一体釜连通有洗涤溶剂进管与湿料出管，且所述中空转轴的排液口还连通至洗液回收单元。
[0009]在一些实施方式中，所述中空转轴连通有反冲罐，所述反冲罐上设置气体进口及反冲洗剂进口用于输入气体加压至反冲罐促使反冲洗剂加注至中空转轴内腔并自分离膜片内部夹层压向外侧冲洗膜片，所述气体进口与反冲洗剂进口分别单独设置或者共用同一进口。
[0010]在一些实施方式中，所述洗涤溶剂进管旁通有加压气体进管或者所述洗涤溶剂进管连通至洗涤分离一体釜上的并联流股为加压气体；所述洗液回收单元设置有膜分离装置，用于对洗涤废液的处理，所得清液作为洗涤溶剂进行循环利用。
[0011]在一些实施方式中，所述洗涤分离一体釜装设用于混合液降温的冷却组件，所述冷却组件包括冷却介质进口和冷却介质出口，冷却介质逆向于混合液扩散方向流动。
[0012]在一些实施方式中，所述液相反应釜的釜壁装设夹套，所述夹套内填充换热介质，用于满足液相反应釜内的温度控制；和/或；所述液相反应釜的内部设置盘管换热器，所述盘管换热器内填充热介质，用于增加液相反应釜内的换热面积，强化液相反应釜内的物料与换热介质之间的传热效率。
[0013]在一些实施方式中，当所述液相反应釜的釜壁装设夹套用于填充换热介质时，所述夹套内安装多个呈对称分布的电加热棒用于单套装置加热。
[0014]在一些实施方式中，所述液相反应釜为内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜，且承压能力高于2MPa。
[0015]在一些实施方式中，所述液相反应釜上连通两条进料流股，分别用于输送液体原料与固体助剂，以及所述液相反应釜中部安装搅拌组件，所述搅拌组件包括贯穿设置在釜壁上的中心轴及中心轴下部连接的扰流叶片。
[0016]在一些实施方式中，所述湿料出管下游依次连接压滤机、干燥器、研磨机及筛分设备用于一步法制取磷酸铁锂颗粒产品。
[0017]在一些实施方式中，所述湿料出管下游依次连接球磨罐、喷雾干燥及烧结设备用于二步法制取磷酸铁锂颗粒产品。
[0018]依据本专利技术的另一方面，本申请提出基于上述一种用于磷酸铁锂液相热合成的工业化装置的工艺，包括如下步骤：
[0019]步骤S1：按照摩尔比Li:Fe:P＝(3.0～3.15):1:(1.0～1.15)称取锂源、铁源和磷源，分别配制成质量分数为10％～30％的溶液，并通过液体原料流股注入到液相反应釜中，混合均匀；
[0020]步骤S2：分别称取磷酸铁锂产品理论产量1％～5％(质量分数)的表面活性剂通过液体原料流股添加到液相反应釜中，磷酸铁锂产品理论产量0～40％(质量分数)的固体助剂通过固体助剂流股添加到液相反应釜中，混合均匀；
[0021]步骤S3：调节液相反应釜中混合液的pH值为7.0～10.0，密闭高压水热液相反应釜在180～240℃水热反应2～15h；
[0022]步骤S4：反应完成之后将混合液排放至洗涤分离一体釜进行过滤和洗涤，反应母液和洗涤废液通过分离组件的膜片汇聚至中空转轴，并分别排放至反应液回收单元和洗液回收单元；
[0023]步骤S5：洗涤合格的物料经过干燥之后得到磷酸铁锂产品。
[0024]进一步优选地，所述锂源为氢氧化锂、碳酸锂、醋酸锂中的至少一种；所述铁源为硫酸亚铁、氯化亚铁、草酸亚铁、醋酸亚铁中的至少一种；所述磷源为磷酸、磷酸铵、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵中的至少一种。
[0025]进一步优选地，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种；所述固体助剂为抗坏血酸、亚硫酸钠、蔗糖中的至少一种。
[0026]进一步优选地，所述洗涤分离一体釜采用洗水套用的方式进行洗涤，所述洗涤废液经过洗液回收单元的膜分离装置进行处理回用，所述膜分离装置采用纳滤膜和/或反渗透膜。
[0027]进一步优选地，将洗涤合格的湿浆料经过压滤，在50～120℃干燥之后，研磨和筛分得到磷酸铁锂产品；和/或；将洗涤合格的湿浆料转移到球磨罐中添加分散剂球磨0.5～4h进行喷雾干燥，将干燥后的颗粒在600～800℃高温烧结1～8h之后得到磷酸铁锂产品。
[0028]本专利技术采用以上技术方案至少具有如下的有本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于磷酸铁锂液相热合成的工业化装置，其特征在于，包括：液相反应釜，用于混合制备磷酸铁锂的原料与助剂在适宜反应条件下形成纳米级或微米级磷酸铁锂颗粒；洗涤分离一体釜，连通至所述液相反应釜的混合液出口，所述洗涤分离一体釜内设有至少一组用于混合液动态过滤的分离组件，所述分离组件包括一可转动设于釜上的中空转轴及间隔排列至所述中空转轴上的多个中空的分离膜片，所述分离膜片可使液体穿透表面进入内腔，所述分离膜片的内腔与所述中空转轴连通，所述中空转轴的排液口与反应液回收单元连通；以及所述洗涤分离一体釜连通有洗涤溶剂进管与湿料出管，且所述中空转轴的排液口还连通至洗液回收单元。2.根据权利要求1所述的一种用于磷酸铁锂液相热合成的工业化装置，其特征在于，所述中空转轴连通有反冲罐，所述反冲罐上设置气体进口及反冲洗剂进口用于输入气体加压至反冲罐促使反冲洗剂加注至中空转轴内腔并自分离膜片内部夹层压向外侧冲洗膜片，所述气体进口与反冲洗剂进口分别单独设置或者共用同一进口。3.根据权利要求1所述的一种用于磷酸铁锂液相热合成的工业化装置，其特征在于，所述洗涤溶剂进管旁通有加压气体进管或者所述洗涤溶剂进管连通至洗涤分离一体釜上的并联流股为加压气体，所述洗液回收单元设置有膜分离装置，用于对洗涤废液的处理，所得清液作为洗涤溶剂进行循环利用。4.根据权利要求1所述的一种用于磷酸铁锂液相热合成的工业化装置，其特征在于，所述洗涤分离一体釜装设用于混合液降温的冷却组件，所述冷却组件包括冷却介质进口和冷却介质出口，冷却介质逆向于混合液扩散方向流动。5.根据权利要求1所述的一种用于磷酸铁锂液相热合成的工业化装置，其特征在于，所述液相反应釜的釜壁装设夹套，所述夹套内填充换热介质，用于满足液相反应釜内的温度控制；和/或；所述液相反应釜的内部设置盘管换热器，所述盘管换热器内填充热介质，用于增加液相反应釜内的换热面积，强化液相反应釜内的物料与换热介质之间的传热效率。6.根据权利要求5所述的一种用于磷酸铁锂液相热合成的工业化装置，其特征在于，当所述液相反应釜的釜壁装设夹套用于填充换热介质时，所述夹套内安装多个呈对称分布的电加热棒用于单套装置加热。7.根据权利要求1所述的一种用于磷酸铁锂液相热合成的工业化装置，其特征在于，所述液相反应釜为内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜，且承压能力高于2MPa。8.根据权利要求1所述的一种用于磷酸铁锂液相热合成的工业化装置，其特征在于，所述液相反应釜上连通两条进料流股，分别用于输送液体原料与固体助剂，以及所述液相反应釜中部安装搅拌组件，所述搅拌组件包括贯穿设置在釜壁上的中心轴及中心轴下部连...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨积志，黄磊，李海波，夏辉鹏，
申请(专利权)人：上海安赐环保科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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