本發(fā)明涉及電池材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種多級反應(yīng)制備電池級磷酸鐵的方法。

背景技術(shù)：

磷酸鐵鋰(lifepo4)因其較好的充放電效率以及循環(huán)穩(wěn)定性等優(yōu)勢，已迅速發(fā)展成為鋰離子的正極材料。因磷酸鐵穩(wěn)定性好、燒失率低、制備過程易于控制等特點，是業(yè)界廣泛認(rèn)可的合成磷酸鐵鋰的理想的前體物質(zhì)。

現(xiàn)有技術(shù)中磷酸鐵的生產(chǎn)是以三價或者二價的鐵鹽為原料，加入磷酸或者磷鹽，通過調(diào)節(jié)ph生成磷酸鐵沉淀，再經(jīng)過洗滌沉淀干燥得到磷酸鐵成品。

但是現(xiàn)有技術(shù)，在磷酸鐵生產(chǎn)過程中，由于磷酸鐵產(chǎn)品過濾洗滌時粘性大，導(dǎo)致產(chǎn)品洗滌難度大，洗滌不完全，影響產(chǎn)品純度，而且原料利用率低，后續(xù)的磷酸鐵生產(chǎn)的廢水中含有較多的廢渣，增加了清理工作，提高了生產(chǎn)成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

(一)解決的技術(shù)問題

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種多級反應(yīng)制備電池級磷酸鐵的方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)制備過程中磷酸鐵產(chǎn)物粘性大，洗滌困難，原料利用不完全，后續(xù)的廢水中廢渣多的技術(shù)問題。

(二)技術(shù)方案

為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：一種多級反應(yīng)制備電池級磷酸鐵的方法，包括以下步驟：

(1)分別稱取鐵鹽和磷鹽溶于去離子水，配置成濃度均為1.2～1.8mol/l的a溶液和b溶液；

(2)在攪拌條件下，同時往攪拌容器1中加入上述的a溶液和b溶液，同步加入中和劑，調(diào)節(jié)混合溶液的ph為0.8～1.2，生成的沉淀懸浮液連續(xù)流入容器2中，所述的a和b兩種溶液添加的體積比例為1：(1～1.05)；

(3)以容器1中生成的沉淀懸浮液中鐵含量值為參考，在容器2中分別按照體積比為1:(1～1.5)和1:(3～4)同步添加b溶液和濃度為5％～10％氧化劑溶液，同步加入中和劑，調(diào)節(jié)混合溶液的ph為1.5～3，反應(yīng)完成后得到沉淀懸浮液；

(4)上述步驟(3)得到的沉淀懸浮液進(jìn)行壓濾，再用40-60℃的去離子水進(jìn)行反復(fù)的洗滌，壓濾，直至排出來的水的ph大于3.3為止，得到的磷酸鐵沉淀物；

(5)上述步驟(4)得到的磷酸鐵沉淀物經(jīng)過干燥，得到無水磷酸鐵晶體。

優(yōu)選的，所述的上述步驟(2)中攪拌的轉(zhuǎn)速為8～10hz。

優(yōu)選的，所述步驟(2)和步驟(3)反應(yīng)過程中控制溫度為40-70℃。

優(yōu)選的，所述的步驟(4)中對沉淀懸浮液進(jìn)行壓濾的壓力為0.8-0.9mpa。

優(yōu)選的，所述鐵源為硫酸亞鐵、硝酸亞鐵、氯化亞鐵硫酸鐵、硝酸鐵、三氯化鐵中的一種或幾種。

優(yōu)選的，所述的鐵源為硫酸亞鐵、硝酸亞鐵、氯化亞鐵，在上述步驟(1)溶液配制過程中以鐵含量為參考，按體積比1∶(3～4)添加氧化劑，將二價鐵氧化成三價鐵鹽，所述氧化劑為次氯酸、雙氧水及高錳酸鉀中的一種或幾種。

優(yōu)選的，所述磷酸鹽為磷酸氫二銨、磷酸二氫銨及磷酸二氫鈉的一種或幾種。

優(yōu)選的，所述氧化劑為次氯酸、雙氧水及高錳酸鉀中的一種或幾種。

優(yōu)選的，所述中和劑為氫氧化鈉、氨水及乙酸銨中的一種或幾種。

(三)有益效果

本發(fā)明提供了一種多級反應(yīng)制備電池級磷酸鐵的方法。具備以下有益效果：

1、本發(fā)明將傳統(tǒng)制備磷酸鐵的反應(yīng)過程分成兩個連續(xù)的階段，在容器1中控制較低ph為0.8～1.2反應(yīng)完成后，生成的沉淀懸浮液連續(xù)流入容器2中，提高容器2中ph至1.5～3，使原料反應(yīng)更充分，磷酸鐵產(chǎn)品的粘性減小，加快洗滌速度，洗滌更完全，提高產(chǎn)品的純度。

2、本發(fā)明在容器1中加入鐵鹽和磷鹽，控制容器1中的ph反應(yīng)完成后，生成的沉淀懸浮液連續(xù)流入容器2中，在容器2中繼續(xù)添加磷鹽、同時添加一定量的氧化劑、并提高ph，加入的氧化劑可以將原料鐵鹽中摻雜的微量二價鐵氧化成三價鐵，加入的磷鹽，可以促進(jìn)將溶液中的未反應(yīng)的鐵完全反應(yīng)，提高原料的利用率，減少廢水中的廢渣含量。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明的具體實施例，將本發(fā)明的技術(shù)方案和優(yōu)點更加的清楚的說明。顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如背景技術(shù)所介紹的，本發(fā)明實施例中涉及磷酸鐵的制備，磷酸鐵的生產(chǎn)通常是以三價或者二價的鐵鹽為原料，加入磷酸或者磷鹽，通過調(diào)節(jié)ph生成磷酸鐵沉淀，再經(jīng)過洗滌沉淀干燥得到磷酸鐵成品。磷酸鐵產(chǎn)物在ph較小的條件下粘性較大，導(dǎo)致洗滌困難大，洗滌不完全；而且在實際生產(chǎn)中，如果原料采用三價鐵，三價鐵包括硫酸鐵、硝酸鐵或者氯化鐵其中都會摻雜微量的二價鐵鹽，如果采用二價鐵，在氧化階段也無法保證將所有的二價鐵都氧化成三價鐵，從導(dǎo)致原料利用不完全，且生產(chǎn)的廢水中含有大量的廢渣。

針對上述問題，本發(fā)明實施例提供一種多級反應(yīng)制備磷酸鐵的方法，包括以下步驟：

(1)分別稱取鐵鹽和磷鹽溶于去離子水，配置成濃度均為1.2～1.8mol/l的a溶液和b溶液；

(2)在攪拌條件下，同時往攪拌容器1中加入上述的a溶液和b溶液，同步加入中和劑，調(diào)節(jié)混合溶液的ph為0.8～1.2，生成的沉淀懸浮液連續(xù)流入容器2中，所述的a和b兩種溶液添加的體積比例為1：(1～1.05)；

(3)以容器1中生成的沉淀懸浮液中鐵含量值為參考，在容器2中分別按照體積比為1:(1～1.5)和1:(3～4)同步添加b溶液和濃度為5％～10％氧化劑溶液，同步加入中和劑，調(diào)節(jié)混合溶液的ph為1.5～3，反應(yīng)完成后得到沉淀懸浮液；

(4)上述步驟(3)得到的沉淀懸浮液進(jìn)行壓濾，再用40-60℃的去離子水進(jìn)行反復(fù)的洗滌，壓濾，直至排出來的水的ph大于3.3為止，得到的磷酸鐵沉淀物；

(5)上述步驟(4)得到的磷酸鐵沉淀物經(jīng)過干燥，得到無水磷酸鐵晶體。

本發(fā)明實施例將傳統(tǒng)制備磷酸鐵的反應(yīng)過程分成兩個連續(xù)的階段，在容器1中控制較低ph為0.8～1.2反應(yīng)完成后，生成的沉淀懸浮液連續(xù)流入容器2中，提高容器2中ph至1.5～3，原料反應(yīng)更充分，磷酸鐵產(chǎn)品的粘性減小，加快洗滌速度，洗滌更完全，提高產(chǎn)品的純度。

本發(fā)明實施例在容器1中加入鐵鹽和磷鹽，控制容器1中的ph反應(yīng)充分完成后，生成的沉淀懸浮液連續(xù)流入容器2中，在容器2中添加磷鹽、氧化劑、并提高ph，加入的氧化劑可以將原料鐵鹽中摻雜的微量二價鐵氧化成三價鐵，加入的磷鹽，可以促進(jìn)將溶液中的未反應(yīng)的鐵完全反應(yīng)，提高原料的利用率，減少廢水中的廢渣含量。

作為一種優(yōu)選的方式，所述的上述步驟(2)中攪拌的轉(zhuǎn)速為8～10hz。

作為一種優(yōu)選的方式，所述步驟(2)和步驟(3)反應(yīng)過程中控制溫度為40-70℃。

作為一種優(yōu)選的方式，所述的步驟(4)中對沉淀懸浮液進(jìn)行壓濾的壓力為0.8-0.9mpa。

作為一種優(yōu)選的方式，所述鐵源為硫酸亞鐵、硝酸亞鐵、氯化亞鐵硫酸鐵、硝酸鐵、三氯化鐵中的一種或幾種。

作為一種優(yōu)選的方式，所述的鐵源為硫酸亞鐵、硝酸亞鐵、氯化亞鐵，在上述步驟(1)溶液配制過程中以鐵含量為參考，按體積比1∶(3～4)添加氧化劑，將二價鐵氧化成三價鐵鹽，所述氧化劑為次氯酸、雙氧水及高錳酸鉀中的一種或幾種。

作為一種優(yōu)選的方式，所述磷酸鹽為磷酸氫二銨、磷酸二氫銨及磷酸二氫鈉的一種或幾種。

作為一種優(yōu)選的方式，所述氧化劑為次氯酸、雙氧水及高錳酸鉀中的一種或幾種。

作為一種優(yōu)選的方式，所述中和劑為氫氧化鈉、氨水及乙酸銨中的一種或幾種。

下面通過4個實施例來詳細(xì)的說明。

實施例1：

分別稱取工業(yè)級硫酸鐵和磷酸氫二銨溶于去離子水，配置成濃度為1.2mol/l的溶液a和溶液b，在8hz轉(zhuǎn)速、40℃條件下往攪拌容器1中按體積流量比1∶1.02同步加入溶液a和溶液b，同時加入氫氧化鈉，調(diào)節(jié)ph至0.8，生成的沉淀懸浮液連續(xù)流入容器2中，按照懸浮液中的鐵含量為參考，按照體積比1:1.2和1:3.5分別同步加入溶液b和次氯酸，同時加入中和劑氫氧化鈉，調(diào)價反應(yīng)ph至2，控制反應(yīng)溫度為40℃，對得到的沉淀懸浮液進(jìn)行壓濾，用40-60℃的去離子水進(jìn)行反復(fù)的洗滌，壓濾，直至排出來的水的ph4.5為止，得到的磷酸鐵沉淀物，經(jīng)過干燥得到無水磷酸鐵晶體

較原有的制備方法，即將容器1中反應(yīng)后的沉淀懸浮液直接壓濾，洗滌速度提高了20％，后續(xù)廢渣含量減少了50％。

實施例2：

分別稱取工業(yè)級氯化鐵和磷酸二氫銨溶于去離子水，配置成濃度為1.4mol/l的溶液a和溶液b，在9hz轉(zhuǎn)速、50℃條件下往攪拌容器1中按體積流量比1∶1.01同步加入溶液a和溶液b，同時加入氫氧化鈉，調(diào)節(jié)ph為1.0，生成的沉淀懸浮液連續(xù)流入容器2中，按照懸浮液中的鐵含量為參考，按照體積比1:1和1:3分別同步加入磷酸二氫銨和高錳酸鉀，同時加入中和劑氫氧化鈉，調(diào)價反應(yīng)ph為1.5，控制反應(yīng)溫度為55℃，得到的沉淀懸浮液進(jìn)行壓濾，再用40-60℃的去離子水進(jìn)行反復(fù)的洗滌，壓濾，直至排出來的水的ph為4.5為止，得到的磷酸鐵沉淀物，經(jīng)過干燥得到無水磷酸鐵晶體。

較原有的制備方法，即將容器1中反應(yīng)后的沉淀懸浮液直接壓濾，洗滌速度提提高了23％，后續(xù)廢渣含量減少了70％。

實施例3：

分別稱取工業(yè)級硝酸鐵和磷酸二氫鈉溶于去離子水，配置成濃度為1.5mol/l的溶液a和溶液b，在10hz轉(zhuǎn)速下、60℃條件下往攪拌容器1中按體積流量比1∶1.02同步加入溶液a和溶液b，同時加入中和劑乙酸銨，調(diào)節(jié)ph為1.2，生成的沉淀懸浮液連續(xù)流入容器2中，按照懸浮液中的鐵含量為參考，按照體積比1:1.5和1:4分別同步加入磷酸二氫鈉和雙氧水，同時加入中和劑乙酸銨，調(diào)價反應(yīng)ph為2，控制反應(yīng)溫度為60℃，得到的沉淀懸浮液進(jìn)行壓濾，再用40-60℃的去離子水進(jìn)行反復(fù)的洗滌，壓濾，直至排出來的水的ph為4.5為止，得到的磷酸鐵沉淀物，經(jīng)過干燥得到無水磷酸鐵晶體。

較原有的制備方法，即將容器1中反應(yīng)后的沉淀懸浮液直接壓濾，洗滌速度提高了22％，后續(xù)廢渣含量減少了85％。

實施例4：

分別稱取工業(yè)級硫酸亞鐵和磷酸二氫鈉溶于去離子水，配置成濃度為1.5mol/l的溶液a和溶液b，在溶液a中按照體積比1∶4添加雙氧水氧化后得帶溶液c，在10hz轉(zhuǎn)速下、70℃條件下往攪拌容器1中按體積流量比1∶1.05同步加入溶液a和溶液c，同時加入氨水，調(diào)節(jié)ph為1.1，生成的沉淀懸浮液連續(xù)流入容器2中，按照懸浮液中的鐵含量為參考，按照體積比1:1.5和1:4分別同步加入磷酸二氫鈉和雙氧水，同時加入中和劑氨水，調(diào)價反應(yīng)ph為3，控制反應(yīng)溫度為70℃，得到的沉淀懸浮液進(jìn)行壓濾，再用40-60℃的去離子水進(jìn)行反復(fù)的洗滌，壓濾，直至排出來的水的ph為4.5為止，得到的磷酸鐵沉淀物，經(jīng)過干燥得到無水磷酸鐵晶體。

較原有的制備方法，即將容器1中反應(yīng)后的沉淀懸浮液直接壓濾，洗滌速度提高了25％，后續(xù)廢渣含量減少了75％。

綜上所述，本發(fā)明實施例與現(xiàn)有技術(shù)相比具備以下有效效果：

1、本發(fā)明將傳統(tǒng)制備磷酸鐵的反應(yīng)過程分成兩個連續(xù)的階段，在容器1中控制較低ph為0.8～1.2反應(yīng)完成后，生成的沉淀懸浮液連續(xù)流入容器2中，提高容器2中ph至1.5～3，原料反應(yīng)更充分，磷酸鐵產(chǎn)品的粘性減小，加快洗滌速度，洗滌更完全，提高產(chǎn)品的純度。

2、本發(fā)明在容器1中加入鐵鹽和磷鹽，控制容器1中的ph反應(yīng)完成后，生成的沉淀懸浮液連續(xù)流入容器2中，在容器2中添加磷鹽、氧化劑、并提高ph，加入的氧化劑可以將原料鐵鹽中摻雜的微量二價鐵氧化成三價鐵，加入的磷鹽，可以促進(jìn)將溶液中的未反應(yīng)的鐵完全反應(yīng)，提高原料的利用率，減少廢水中的廢渣含量。

需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。