一种用氯化亚铁连续制备电池级磷酸铁的方法技术

本发明专利技术涉及一种用氯化亚铁连续制备电池级磷酸铁的方法，本发明专利技术的方法通过膜分离将反应产生的副产物氯化铵和稀盐酸源源不断的从系统中分离出来，可以连续生产，能提高自控水平，降低设备投资和运行成本；本发明专利技术方法由于使用氯化亚铁和磷酸一铵，副产物氯化铵和稀盐酸会夹带在磷酸铁中，在干燥脱水的时候能从磷酸铁中分离出来，因此磷酸铁不需要洗涤，缩短了流程，大大降低了用水量，降低环保成本；本发明专利技术的方法不需要洗涤磷酸铁，因此磷酸铁颗粒可以做到亚微米，能提高由亚微米磷酸铁制备的磷酸铁锂的低温电化学性能；本发明专利技术的方法不需要调节pH值，因此不需要用氨水或烧碱，没有离子浪费，大大降低了运行成本。大大降低了运行成本。大大降低了运行成本。

【技术实现步骤摘要】
一种用氯化亚铁连续制备电池级磷酸铁的方法


[0001]本专利技术属于电池
，具体涉及一种用氯化亚铁连续制备电池级磷酸铁的方法。

技术介绍

[0002]近年来动力用锂离子电池发展迅速，磷酸铁锂因其成本较低、安全性能高，越来越受到广泛的应用。目前制备磷酸铁锂广泛使用前驱体磷酸铁，而合成磷酸铁的铁源多为硫酸亚铁，而且通常使用廉价的钛白副产物硫酸亚铁来生产。硫酸亚铁经过除杂净化后需要氧化成硫酸铁和磷酸或者磷酸一铵、磷酸钠等磷源反应间歇合成磷酸铁。合成的磷酸铁需要陈化、洗涤、干燥脱水后作为电池级磷酸铁锂的原料。磷酸铁合成需要使用氨水或者氢氧化钠调节pH为1～2，合成副产硫酸铵或者硫酸钠。这种电池级磷酸铁制备方法存在以下问题：
[0003]1、间歇生产效率低，往往需要多台平行设备，难以实现自动化；
[0004]2、夹杂沉淀在磷酸铁中的硫酸盐杂质需要用大量的洗涤水清洗，洗涤水的量是磷酸铁的30～40倍，洗涤水处理成本高；
[0005]3、磷酸铁颗粒需要陈化结晶成为5微米左右的颗粒以便过滤和洗涤，磷酸铁颗粒大，会降低由此制备的磷酸铁锂的低温电化学性能，使得磷酸铁锂电池低温容量迅速下降。
[0006]鉴于以上原因，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0007]为了解决现有技术中磷酸铁不能连续制备，磷酸铁洗涤水量大，且制备的磷酸铁锂低温电化学性能较差的问题，本专利技术的方法用氯化亚铁取代常规的硫酸亚铁，不加碱调节溶液的pH值，而是将反应副产物氯化铵和氯化氢通过膜分离技术从反应釜中分离出来，合成的磷酸铁不需要洗涤，整个制备过程连续进行，工艺简单，容易实现自动化和大规模生产。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]一种用氯化亚铁连续制备电池级磷酸铁的方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：
[0010](1)将电池级氯化亚铁和纯净水配制成氯化亚铁溶液；
[0011](2)将电池级磷酸一铵、过氧化氢和纯净水配制成磷酸一铵溶液；
[0012](3)将所述的氯化亚铁溶液和磷酸一铵溶液连续同步加入到反应釜中，搅拌，加热，得到白色磷酸铁浆料；
[0013](4)将所述的磷酸铁浆料通过旋流分离器浓密后连续泵出并降温，压滤得到滤饼和滤液，将所述的滤饼干燥脱水，得到电池级磷酸铁；
[0014](5)将所述的滤液泵入膜分离系统，得到膜产水和膜浓水，将所述的膜浓水返回反应釜；
[0015](6)将所述的膜产水资源化回收，得到氯化铵、盐酸和水，水返回步骤(1)和(2)中作为原料。
[0016]本专利技术中所述的电池级氯化铁是指其中钙、镁、硫酸根等杂质离子含量小于30ppm，所述的电池级磷酸一铵是指满足行业标准HG/T 5472
‑
2020。
[0017]进一步的，步骤(1)中所述的氯化亚铁溶液中亚铁离子浓度为1
‑
2mol/L。
[0018]进一步的，步骤(2)中所述的磷酸一铵溶液中磷酸根离子浓度为1
‑
2mol/L，过氧化氢与磷酸根离子摩尔比为0.95
‑
1:1
‑
1.05。
[0019]进一步的，步骤(3)中反应釜中亚铁离子与磷酸根摩尔比为0.96
‑
1:1
‑
1.02。
[0020]进一步的，步骤(3)中加热温度至80
‑
90℃。
[0021]进一步的，步骤(4)中降温至30
‑
40℃，滤饼干燥脱水温度为380
‑
420℃。
[0022]进一步的，步骤(5)中膜产水为氯化铵和稀盐酸，膜浓水含有未反应的铁离子和磷酸根。
[0023]进一步的，步骤(6)中膜产水资源化回收采用低温冷冻法、膜蒸馏法或蒸发精馏法。
[0024]本专利技术首先制备合格的氯化亚铁溶液和磷酸一铵溶液，使得其中的杂质金属离子如Ca/Mg/Al/Mn等降低到电池用材料水平。分别配制氯化亚铁溶液和磷酸一铵溶液，磷酸一铵溶液中含有过氧化氢，其中过氧化氢和磷酸根摩尔比0.95
‑
1:1
‑
1.05。将磷酸一铵溶液和氯化亚铁溶液同步加入反应釜中，反应釜经过盘管通入蒸汽加热到80
‑
90℃，反应按照铁磷摩尔比0.96
‑
1:1
‑
1.02进行，加入反应釜的料液不得大于反应釜体积的80％，同时开启搅拌，制得磷酸铁浆液，反应过程常压操作。反应过程发生以下氧化和复分解反应：
[0025]2FeCl2+H2O2+2NH4H2PO4＝2FePO4·
2H2O
↓
+2HCl+2NH4Cl
[0026]制备磷酸铁浆料后经过固液分离(压滤)得到磷酸铁固体浆料，固体浆料中含有反应副产物NH4Cl和HCl，经过高温干燥后，NH4Cl和HCl会从磷酸铁固体中蒸发出来，因此，本专利技术不需要水洗，可以大大降低洗涤成本。
[0027]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0028](1)本专利技术的方法通过膜分离将反应产生的副产物氯化铵和稀盐酸源源不断的从系统中分离出来，可以连续生产，能提高自控水平，降低设备投资和运行成本；
[0029](2)本专利技术方法由于使用氯化亚铁和磷酸一铵，副产物氯化铵和稀盐酸会夹带在磷酸铁中，在干燥脱水的时候能从磷酸铁中分离出来，因此磷酸铁不需要洗涤，缩短了流程，大大降低了用水量，降低环保成本；
[0030](3)本专利技术的方法不需要洗涤磷酸铁，磷酸铁沉淀夹带的氯化铵和氯化氢在磷酸铁干燥的时候从磷酸铁中随水蒸气一起分离出来，最终得到电池级高纯、低温电化学性能优异的亚微米电池级磷酸铁，磷酸铁颗粒可以做到亚微米，能提高由亚微米磷酸铁制备的磷酸铁锂的低温电化学性能；
[0031](4)本专利技术的方法不需要调节pH值，因此不需要用氨水或烧碱，没有离子浪费，大大降低了运行成本。
附图说明
[0032]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0033]图1是本专利技术用氯化亚铁连续制备电池级磷酸铁的方法的流程示意图。
具体实施方式
[0034]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本专利技术所保护的范围。
[0035]如图1为本专利技术用氯化亚铁连续制备电池级磷酸铁的方法的流程示意图。以下实施例中电池级氯化铁是指其中钙、镁、硫酸根等杂质离子含量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用氯化亚铁连续制备电池级磷酸铁的方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：(1)将电池级氯化亚铁和纯净水配制成氯化亚铁溶液；(2)将电池级磷酸一铵、过氧化氢和纯净水配制成磷酸一铵溶液；(3)将所述的氯化亚铁溶液和磷酸一铵溶液连续同步加入到反应釜中，搅拌，加热，得到白色磷酸铁浆料；(4)将所述的磷酸铁浆料通过旋流分离器浓密后连续泵出并降温，压滤得到滤饼和滤液，将所述的滤饼干燥脱水，得到电池级磷酸铁；(5)将所述的滤液泵入膜分离系统，得到膜产水和膜浓水，将所述的膜浓水返回反应釜；(6)将所述的膜产水资源化回收，得到氯化铵、盐酸和水，水返回步骤(1)和(2)中作为原料。2.根据权利要求1所述的用氯化亚铁连续制备电池级磷酸铁的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的氯化亚铁溶液中亚铁离子摩尔浓度为1
‑
2mol/L。3.根据权利要求1或2所述的用氯化亚铁连续制备电池级磷酸铁的方法，其特征在于，步骤(2)中所述的磷酸一铵溶液中磷酸根离子摩尔浓度为1
‑
2mol/L，过氧化氢与磷酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：王辉，王鹏，
申请(专利权)人：北京水木方科技有限公司，
类型：发明
国别省市：