CN112499610B - 电池级磷酸铁材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电池级磷酸铁材料的制备方法，该方法包括向置于反应釜内的硫酸亚铁溶液中加入过氧化氢使所述硫酸亚铁溶液中的亚铁离子被氧化成三价铁离子溶液；向所述三价铁离子溶液中加入表面活性剂并利用设置在所述反应釜内的搅拌装置进行搅拌；通过温度调节装置对所述反应釜进行升温，并向所述反应釜内加入磷酸；用氢氧化钠和氨水的混合溶液加入反应釜内，调节反应釜内的反应的pH值，形成絮状物质；对反应釜内的絮状物质进行过滤；利用清洗机对所述絮状物质进行洗涤；利用烘干机对洗涤后的所述絮状物质进行干燥，得到电池级磷酸铁。通过氧化反应，加入表面活性剂便于磷铁结合，使得制备得到的磷酸铁符合电池级磷酸铁的技术指标，且纯度高。
Description
技术领域
本发明涉及能源材料生产领域，尤其涉及一种电池级磷酸铁材料的制备方法。
背景技术
锂离子电池正极材料磷酸铁锂的合成是以磷酸铁材料为原料来制备的，而磷酸铁材料的产量制约着锂电池的生产量，而磷酸铁材料的制备方法有很多种，其中草酸亚铁生产工艺是大多数国家均在使用的本方法。该方法的缺点是原料草酸亚铁价格较高、合成产物粒径不易控制、分布不均匀、形貌不规则、导电性能较差、加工性能差。而三氧化二铁生产工艺在原材料的稳定性和设备投入方面有一定的优势。其缺点是可作为生产磷酸铁锂原料的三氧化二铁的价格也较高而且在碳热还原过程中易生成磷化铁而影响磷酸铁锂的性能和批次稳定性。采用磷酸铁生产工艺进行制备磷酸铁的工艺简单、适合产业化批量生产、原料种类更少、后续过程控制更为简化、制备出的磷酸铁锂的克容量较高、加工性能好、粒径均匀。是大规模制备磷酸铁锂材料的首选方法。
传统工业生产磷酸铁的方法是用亚铁盐在氧化剂存在下加入磷酸制成。上述方法制得的磷酸铁经过滤、洗涤、干燥后成为市售磷酸铁成品。这种市售的磷酸铁产品都具有完整的晶粒结构，反应活性不高，锂离子在其中扩散十分困难，很难在随后的烧结过程中插入锂离子而形成适用于锂离子电池正极材料的磷酸铁锂晶体，因此用市售磷酸铁成品制造的磷酸铁锂材料，不仅堆积密度较低，而且电化学容量较差。
发明内容
为此，本发明提供一种电池级磷酸铁材料的制备方法，提高电池级磷酸铁的纯度。
为实现上述目的，本发明提供一种电池级磷酸铁材料的制备方法，包括：
向置于反应釜内的硫酸亚铁溶液中加入过氧化氢使所述硫酸亚铁溶液中的亚铁离子被氧化成三价铁离子溶液；
向所述三价铁离子溶液中加入表面活性剂并利用设置在所述反应釜内的搅拌装置进行搅拌；
通过温度调节装置对所述反应釜进行升温，并以加入速度V0向所述反应釜内加入磷酸；
充分反应后，用氢氧化钠和氨水的混合溶液加入反应釜内，调节反应釜内的反应的pH值，形成絮状物质；
反应结束后，静置预设时间后，对反应釜内的絮状物质进行过滤；
利用清洗机对所述絮状物质进行洗涤；
利用烘干机对洗涤后的所述絮状物质进行干燥，得到电池级磷酸铁，并获取所述电池级磷酸铁的质量；
在制备过程中，在向所述三价铁离子溶液中加入表面活性剂的加料口处设置有质量检测装置，用以检测加入反应釜内的表面活动剂的质量，在所述加料口还设置有阀门，用以控制加入至所述反应釜内的表面活性剂的质量；
根据所述中控单元内设置的制备矩阵M(m1i，m2i)，其中m1i表示对应的电池级磷酸铁的第i目标质量；m2i表示若得到第i目标质量的电池级磷酸铁需要加入的表面活性剂的质量；
根据添加的表面活性剂的质量以及所述制备矩阵M(m1i，m2i)，预估得到所述电池级磷酸铁的质量；
若加入的表面活性剂的质量为m21，那么对应的电池级磷酸铁的第一目标质量为m11；
若加入的表面活性剂的质量为m2n，那么对应的电池级磷酸铁的第n目标质量为m1n；
所述中控单元内还设置有温度补偿矩阵T(T1,T2…Tn)，检测当加入表面活性剂的质量为m21时，若检测到制备得到的电池级磷酸铁的质量低于所述第一目标质量为m11，则对所述反应釜内的温度按照第一补偿温度T1进行补偿；
若检测当加入表面活性剂的质量为m2n时，若检测到制备得到的电池级磷酸铁的质量低于所述第n目标质量为m1n，则对所述反应釜内的温度按照第n补偿温度T1进行补偿；
检测当加入表面活性剂的质量为m2i时，若检测到制备得到的电池级磷酸铁的质量高于或等于所述第i目标质量为m1i，则维持所述反应釜内的温度。
进一步地，在向所述反应釜内加入表面活性剂时，通过设置在所述反应釜内的温度计检测所述反应釜的实时温度MTi，所述中控单元内设置有反应釜温度矩阵MT(MT1,MT2,MT3),其中MT1表示第一标准反应温度,MT2表示第二标准反应温度,MT3表示第三标准反应温度，且MT1>MT2>MT3；
当反应釜的实时温度MTi≥第一标准反应温度MT1时，则增大所述磷酸的加入所述反应釜的加入速度为1.1×V0；
当第一标准反应温度MT1≥反应釜的实时温度MTi>第二标准反应温度MT2，则，则维持加入速度V0；
当第二标准反应温度MT2≥反应釜的实时温度MTi>第三标准反应温度MT3，则降低所述磷酸的加入所述反应釜的加入速度为0.95×V0；
当反应釜的实时温度MTi≤第三标准反应温度MT3时，降低所述磷酸的加入所述反应釜的加入速度为0.9×V0。
进一步地，所述反应釜内壁设置有多个加热丝，所述加热丝设置在所述反应釜内不同的高度截面上，所述中控单元与所述加热丝连接，用以对所述加热丝的工作方式进行调节，所述中控单元内设置有加热丝矩阵S(S1,S2,S3),其中S1表示第一加热丝的设置位置,S2表示第二加热丝的设置位置,S3表示第三加热丝的设置位置,当对所述反应釜内的磷酸加入量进行调节过程中，利用设置在所述反应釜内的液位高度计，对反应釜内的实时液位进行监测；
若所述实时液位高于所述第一加热丝的设置位置，则启动所述反应釜内的第一加热丝、第二加热丝和第三加热丝对所述反应釜进行加热；
若所述实时液位在所述第一加热丝和所述第二加热丝的设置位置的中间位置，则启动所述第二加热丝和第三加热丝对所述反应釜进行加热；
若所述实时液位在所述第二加热丝和所述第三加热丝的设置位置的之间，则启动所述第三加热丝对所述反应釜进行加热；
若所述实时液位低于所述第三加热丝的设置位置，则不启动所述加热丝，以防止所述反应釜的温度过高。
进一步地，所述中控单元内还设置有搅拌速度矩阵B(V1,V2…Vn),当所述中控单元在对温度进行补偿时，所述搅拌装置根据所述对应的补偿温度设置对应搅拌速度，若反应釜内的温度按照第一补偿温度进行补偿时，则所述搅拌装置的搅拌速度设定为V1，当反应釜内的温度按照第n补偿温度进行补偿时，则所述搅拌装置的搅拌速度设定为Vn。
进一步地，所述中控单元内还设置有清洗矩W(W1,W2,W3),其中W1表示第一清洗时间,W2表示第二清洗时间,W3表示第三清洗时间；所述中控单元还设置有反应溶液标准高度LO，
当所述液位计检测到充分反映后的液位高度高于所述反应溶液标准高度LO，则将所述反应釜中的絮状物质利用清洗剂进行清洗第一清洗时间W1；
当所述液位计检测到充分反映后的液位高度等于所述反应溶液标准高度LO，则将所述反应釜中的絮状物质利用清洗剂进行清洗第二清洗时间W2；
当所述液位计检测到充分反映后的液位高度低于所述反应溶液标准高度LO，则将所述反应釜中的絮状物质利用清洗剂进行清洗第三清洗时间W3。
进一步地，所述中控单元内还设置有干燥时间补偿矩阵d(d1,d2,d3),其中d1表示干燥时间的第一补偿时间,d2表示干燥时间的第二补偿时间,d3表示干燥的第三补偿时间；
当对所述反应釜中的絮状物质利用清洗剂进行清洗第一清洗时间W1后，在预设的第一干燥时间后进行干燥时间的补偿，时间补偿长度为第一补偿时间d1；
当对所述反应釜中的絮状物质利用清洗剂进行清洗第二清洗时间W2后，在预设的第二干燥时间后进行干燥时间的补偿，时间补偿长度为第二补偿时间d2；
当对所述反应釜中的絮状物质利用清洗剂进行清洗第三清洗时间W3后，在预设的第三干燥时间后进行干燥时间的补偿，时间补偿长度为第三补偿时间d3。
进一步地，所述中控单元内还设置有反应效率E1和标准反应效率E0，若在一个反应过程中，反应效率E1低于所述标准反应效率E0，则表示反应不充分，则表示得到的电池级磷酸铁的质量不符合标准或纯度较低；反应效率E1高于或等于所述标准反应效率E0，则表示充分，得到电池级磷酸铁质量较多且纯度较高；
其中，反应效率E1＝m11/m21+m12/m22+…m1n/m2n。
进一步地，所述通过温度调节装置对所述反应釜进行升温包括通过所述温度调节装置将温度升高至85度，所述搅拌装置为磁力搅拌器所述磷酸与所述三价铁离子溶液的摩尔比为1.5：1。
进一步地，所述表面活性剂的质量为铁盐质量的1.5％，调节反应釜内的反应的pH值为1.8，所述烘干机为电热鼓风干燥箱，所述预设时间为1.5-2.5小时。
进一步地，所述电池级磷酸铁的铁：磷为0.97-1.02所述反应釜设置有第一加料口、第二加料口、第三加料口和第四加料口，所述第一加料口用以加入所述硫酸亚铁溶液，所述第二加料口用以加入所述过氧化氢，所述第三加料口用以加入所述表面活性剂，所述第四加料口用以加入所述磷酸，所述第四加料口设置有电磁阀，用以调节所述磷酸加入的速度。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明实施例提供的电池级磷酸铁材料的制备方法，通过氧化反应，加入表面活性剂便于磷铁结合，使得制备得到的磷酸铁符合电池级磷酸铁的技术指标，且纯度高。
尤其，本发明实施例中的电池级磷酸铁材料的制备方法，通过对磷酸的加入速度进行控制，他用过调节电磁阀控制制备效率，使得制备得到的电池级磷酸铁的制备过程简单，易于实现，且可根据实际需要控制反应过程中，提高反应效率。
附图说明
图1为本发明实施例中的电池级磷酸铁材料的反应设备剖面结构示意图；
图2为本发明实施例提供的电池级磷酸铁材料的制备方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1所示，本发明实施例中提供的电池级磷酸铁材料的制备方法应用在电池级磷酸铁材料的反应设备中，本发明实施例提供的电池级磷酸铁材料的反应设备包括反应釜1、清洗机和干燥机，反应釜1包括第一加料口11、第二加料口12、第三加料口13和第四加料口14，所述第一加料口11用以加入所述硫酸亚铁溶液，所述第二加料口12用以加入所述过氧化氢，所述第三加料口13用以加入所述表面活性剂，在第二加料口13上设置有质量检测装置18，所述第四加料口14用以加入所述磷酸，所述第四加料口设置有电磁阀17，用以调节所述磷酸加入的标准速度V0。
具体而言，反应釜1内设置有温度计，用以检测反应釜1内的实时温度，反应釜1的内壁上设置有多个加热丝16，所述加热丝设置在所述反应釜内不同的高度截面上，所述中控单元与所述加热丝16连接，用以对所述加热丝的工作方式进行调节。
在使用上述反应设备进行电池级磷酸铁的制备方法时，在向反应釜1内加入表面活性剂的第三加料口处设置有质量检测装置，用以检测加入至所述反应釜1内的表面活性剂的质量，在第三加料口还设置有阀门，用以控制加入表面活性剂的质量，还包括有中控单元，中控单元内设置有制备矩阵M(m1i，m2i)，其中m1i表示对应的电池级磷酸铁的第i目标质量；m2i表示若得到第i目标质量的电池级磷酸铁需要加入的表面活性剂的质量；
根据添加的表面活性剂的质量以及所述制备矩阵M(m1i，m2i)，预估得到所述电池级磷酸铁的质量；
若加入的表面活性剂的质量为m21，那么对应的电池级磷酸铁的第一目标质量为m11；
若加入的表面活性剂的质量为m2n，那么对应的电池级磷酸铁的第n目标质量为m1n；
所述中控单元内还设置有温度补偿矩阵T(T1,T2…Tn)，检测当加入表面活性剂的质量为m21时，若检测到制备得到的电池级磷酸铁的质量低于所述第一目标质量为m11，则对所述反应釜内的温度按照第一补偿温度T1进行补偿；
若检测当加入表面活性剂的质量为m2n时，若检测到制备得到的电池级磷酸铁的质量低于所述第n目标质量为m1n，则对所述反应釜内的温度按照第n补偿温度T1进行补偿；
检测当加入表面活性剂的质量为m2i时，若检测到制备得到的电池级磷酸铁的质量高于或等于所述第i目标质量为m1i，则维持所述反应釜内的温度，i＝1，2…n。
具体而言，反应釜1内设置有温度调节装置实现对反应釜内温度的实时调节，该温度调节装置可以是制冷/制热片，还可以是其他温度调节装置，在此不做限制，只要能够对反应釜内的温度进行调整即可。
具体而言，在本发明实施过程中，若加入预设置质量的表面活性剂，根据反应物进行反应时，就可以相应的获取到电池级磷酸铁，加入的表面活性剂多，为了配合表面活性剂的量，各个反应物的加入量可以与表面活性剂匹配，以制备电池级磷酸铁，得到的电池级磷酸铁的量也就高，但是在实际反应过程中，表面活性剂可以提高三价铁离子溶液的表面活性，使其与后加入反应釜的磷酸进行结合，进而得到磷酸铁。
具体而言，在反应过程中，表面活性剂的质量和活性均对最后生成的电池级磷酸铁的质量具有影响，因此在实际反应过程中，当加入预设表面活性剂的量后并没有得到对应质量的电池级磷酸铁，可能是由于表面活性剂的活性不够，使得三价铁无法与磷酸结合，得到电池级磷酸铁，因此通过增加表面活性剂的活性就可以提高电池级磷酸铁的质量。
具体而言，通过对不同质量的表面活性剂加入量设置不同的温度补偿，不同温度下的表面活性剂的活性也会有所改变，使得反应釜内的反应更加完全，获取符合要求的目标质量的电池级磷酸铁，提高制备过程中的反应效率。
具体而言，在向所述反应釜内加入表面活性剂时，通过设置在所述反应釜内的温度计检测所述反应釜的实时温度MTi，所述中控单元内设置有反应釜温度矩阵MT(MT1,MT2,MT3),其中MT1表示第一标准反应温度,MT2表示第二标准反应温度,MT3表示第三标准反应温度，且MT1>MT2>MT3；
当反应釜的实时温度MTi≥第一标准反应温度MT1时，则增大所述磷酸的加入所述反应釜的标准加入速度为1.1×V0；
当第一标准反应温度MT1≥反应釜的实时温度MTi>第二标准反应温度MT2，则，则维持标准加入速度V0；
当第二标准反应温度MT2≥反应釜的实时温度MTi>第三标准反应温度MT3，则降低所述磷酸的加入所述反应釜的标准加入速度为0.95×V0；
当反应釜的实时温度MTi≤第三标准反应温度MT3时，降低所述磷酸的加入所述反应釜的标准加入速度为0.9×V0。
具体而言，将反应釜内的实时温度与中控单元内设置的反应釜温度矩阵MT(MT1,MT2,MT3)中的参数进行比较,其中MT1表示第一标准反应温度,MT2表示第二标准反应温度,MT3表示第三标准反应温度，且MT1>MT2>MT3；若是反应釜内的温度较高，则表面活性剂的活性较大，此时增加磷酸的加入所述反应釜的加入速度为1.1×V0，通过提高加入速度，使得更多的磷酸的进入至反应釜内，使得磷酸与三价铁离子反应更为充分，进而得到更多的电池级磷酸铁。
具体而言，当反应釜内的温度较低时，表面活性剂的活性较低，此时需要降低磷酸的加入速度，因此此时表面活性剂的活性低，三价铁离子溶液与磷酸结合效率低，得到的磷酸铁的量也降低，为了节约磷酸加入量，使得反应更加完全，就需要降低磷酸的加入速度，使得在反应釜内反应完全之后再添加磷酸，防止反应釜内磷酸过量，造成原料的浪费。
具体而言，所述反应釜内壁设置有多个加热丝，所述加热丝设置在所述反应釜内不同的高度截面上，所述中控单元与所述加热丝连接，用以对所述加热丝的工作方式进行调节，所述中控单元内设置有加热丝矩阵S(S1,S2,S3),其中S1表示第一加热丝的设置位置,S2表示第二加热丝的设置位置,S3表示第三加热丝的设置位置,当对所述反应釜内的磷酸加入量进行调节过程中，利用设置在所述反应釜内的液位高度计，对反应釜内的实时液位进行监测；
若所述实时液位高于所述第一加热丝的设置位置，则启动所述反应釜内的第一加热丝、第二加热丝和第三加热丝对所述反应釜进行加热；
若所述实时液位在所述第一加热丝和所述第二加热丝的设置位置的中间位置，则启动所述第二加热丝和第三加热丝对所述反应釜进行加热；
若所述实时液位在所述第二加热丝和所述第三加热丝的设置位置的之间，则启动所述第三加热丝对所述反应釜进行加热；
若所述实时液位低于所述第三加热丝的设置位置，则不启动所述加热丝，以防止所述反应釜的温度过高。
具体而言，通过实时监测反应釜内的液位高度，并根据实时液位高度调整反应釜内壁上设置的加热丝的工作状态，使得有效保护加热装置产生的热量的有效利用。
在反应釜内，通过设置电热丝，实现对反应釜内温度的调节，另外根据不同的液位高度，启动设置在对应液位高度以下的电热丝，使得电热丝可以将热量传递至反应釜内的反应溶液，加快反应进度，提高反应效率。并且在液位高度以上的电热丝不工作，可以有效保护反应釜，防止反应釜温度过高造成损坏，而进行工作的电热丝可以将热量有效传递至反应釜内的反应溶液，提高反应溶液的反应效率。
具体而言，所述中控单元内还设置有搅拌速度矩阵B(V1,V2…Vn),当所述中控单元在对温度进行补偿时，所述搅拌装置15根据所述对应的补偿温度设置对应搅拌速度，若反应釜内的温度按照第一补偿温度进行补偿时，则所述搅拌装置的搅拌速度设定为V1，当反应釜内的温度按照第n补偿温度进行补偿时，则所述搅拌装置的搅拌速度设定为Vn。
具体而言，在实际制备过程中，在中控单元对反应温度进行补偿时，在进行温度补偿的同时，还可以根据不同的温度补偿设定不同的搅拌速度，在实际应用中，对温度进行补偿的目的是增加表面活性剂的活性，加快反应速度，为了进一步加快反应，还可以对反应溶液进行搅拌，而不同的搅拌速度对于反应也是有影响的，因此不同的补偿温度设定不同的搅拌速度，使得化学反应在适合的温度和搅拌速度下完成，进而得到电池级磷酸铁材料，在上述过程中，反应更为充分，得到的反应产物更多，反应速度更快。
具体而言，所述中控单元内还设置有清洗矩阵W(W1,W2,W3),其中W1表示第一清洗时间,W2表示第二清洗时间,W3表示第三清洗时间；所述中控单元还设置有反应溶液标准高度LO；
当所述液位计检测到充分反映后的液位高度高于所述反应溶液标准高度LO，则将所述反应釜中的絮状物质利用清洗剂进行清洗第一清洗时间W1；
当所述液位计检测到充分反映后的液位高度等于所述反应溶液标准高度LO，则将所述反应釜中的絮状物质利用清洗剂进行清洗第二清洗时间W2；
当所述液位计检测到充分反映后的液位高度低于所述反应溶液标准高度LO，则将所述反应釜中的絮状物质利用清洗剂进行清洗第三清洗时间W3；
所述中控单元内还设置修正系数k，所述修正系数k用以修正清洗时间，k＝(T1+T2+…Tn)/(n×T0)+V1/V0+…+Vn/V0；
当反应釜内絮状物含量高于预设含量时，所述清洗矩阵W(W1,W2,W3)修正后的清洗矩阵WQ＝(W1×k,W2×k,W3×k)。
具体而言，本发明实施例通过设置清洗时间的补偿矩阵，在反应釜内絮状物含量较高时，需要进行清洗的时间也会有所变化，通过设置修正系数，根据絮状物的含量对清洗矩阵根据修正系数进行修正，使得本发明实施例中的清洗矩阵中的清洗时间可以根据絮状物的实际含量进行调整，有助于提高清洗效率，达到电池级磷酸铁的制备要求。
具体而言，本发明实施例提供的电池级磷酸铁的制备方法通过液位高度判定溶液中待清洗的生成物的质量，若是生成物较多，则需要较多的清洗时间才可以清洗完全，而液位高度与生成物的质量成正比，因此在实际反应时，若絮状生成物较多，则需要清洗时间较多，若是絮状生成物较少时，则需要清洗时间较少，通过絮状物质的质量决定清洗机的工作时间，使得对清洗机的清洗更为只能，节约清洗机的工作时间，降低消耗，实现对电池级磷酸铁材料制备时间的降低。
具体而言，所述中控单元内还设置有干燥时间补偿矩阵d(d1,d2,d3),其中d1表示干燥时间的第一补偿时间,d2表示干燥时间的第二补偿时间,d3表示干燥的第三补偿时间；
当对所述反应釜中的絮状物质利用清洗剂进行清洗第一清洗时间W1后，在预设的第一干燥时间后进行干燥时间的补偿，时间补偿长度为第一补偿时间d1；
当对所述反应釜中的絮状物质利用清洗剂进行清洗第二清洗时间W2后，在预设的第二干燥时间后进行干燥时间的补偿，时间补偿长度为第二补偿时间d2；
当对所述反应釜中的絮状物质利用清洗剂进行清洗第三清洗时间W3后，在预设的第三干燥时间后进行干燥时间的补偿，时间补偿长度为第三补偿时间d3；
在进行干燥的过程中，当反应釜内絮状物含量高于预设含量时，根据反应釜的磷酸的加入速度和加热温度对干燥时间补偿矩阵d(d1,d2,d3)进行调整得到新的干燥时间补偿矩阵D0(d11,d12,d13)，d11＝d1×R，d12＝d2×R,d13＝d3×R；R＝A×(V1+V2…+Vn)/(n×V0)+B×(t1/t10+t2/t10+t3/t10)/3，t1为第一加热丝的温度，t2为第二加热丝的温度，t3为第三加热丝的温度，t10为三个加热丝的平均温度；A为速度权重系数，B为温度权重系数。
具体而言，本发明实施例在对干燥时间进行确定时，通过对清洗时间进行第一次时间补偿，而清洗时间的确定也是根据絮状物的含量所确定的，进一步地，根据磷酸的加入速度和加热温度对干燥时间进行再次补偿，而新的干燥时间补偿矩阵D0(d11,d12,d13)，d11＝d1×R，d12＝d2×R,d13＝d3×R；R＝A×(V1+V2…+Vn)/(n×V0)+B×(t1/t10+t2/t10+t3/t10)/3，t1为第一加热丝的温度，t2为第二加热丝的温度，t3为第三加热丝的温度，t10为三个加热丝的平均温度；A为速度权重系数，B为温度权重系数，新的干燥时间补偿矩阵中的根据磷酸加入的速度和加热丝的温度进行修正，使得干燥的时间控制更为精准，符合实际制备需要，将在反应釜内的絮状反应物经过干燥特定时间后，得到符合制要求的电池级磷酸铁。
具体而言，本发明实施例通过对干燥时间进行补偿，使得本发明实施例中的干燥效果更好，通过对清洗后的絮状物质进行清洗后，再进行干燥，使得絮状物质的干燥程度更符合电池级磷酸铁材料的使用标准。
具体而言，所述中控单元内还设置有反应效率E1和标准反应效率E0，若在一个反应过程中，反应效率E1低于所述标准反应效率E0，则表示反应不充分，则表示得到的电池级磷酸铁的质量不符合标准或纯度较低；反应效率E1高于或等于所述标准反应效率E0，则表示充分，得到电池级磷酸铁质量较多且纯度较高；
其中，反应效率E1＝m11/m21+m12/m22+…m1n/m2n。
具体而言，本发明实施例提供的电池级磷酸铁材料的制备方法，通过设置反应效率E1和标准反应效率E0，对在制备过程中的反应效率进行评估，在实际应用中，反应效率的评估方式有多种，而影响反应效率的因素也有很多，比如表面活性剂的质量，表面活性剂的活性，反应釜的实际温度等多种因素，而本发明实施例采用的反应效率为E1＝m11/m21+m12/m22+…m1n/m2n，利用各个目标质量的磷酸铁材料的质量与需要表面活性剂的质量作商后分别相加，本发明实施例通过设定反应效率，且利用磷酸铁材料的质量与需要表面活性剂的质量作商分别相加作为反应效率的衡量标准，使得对于反应效率的评估更为精确，有助于提高反应效率判定精度。
本发明实施例提供的电池级磷酸铁材料的制备方法包括：
S100:向置于反应釜内的硫酸亚铁溶液中加入过氧化氢使所述硫酸亚铁溶液中的亚铁离子被氧化成三价铁离子溶液；
S200:向所述三价铁离子溶液中加入表面活性剂并利用设置在所述反应釜内的搅拌装置进行搅拌；
S300:通过温度调节装置对所述反应釜进行升温，并向所述反应釜内加入磷酸；
S400:充分反应后，用氢氧化钠和氨水的混合溶液加入反应釜内，调节反应釜内的反应的pH值，形成絮状物质；
S500:反应结束后，静置预设时间后，对反应釜内的絮状物质进行过滤；
S600:利用清洗机对所述絮状物质进行洗涤；
S700:利用烘干机对洗涤后的所述絮状物质进行干燥，得到电池级磷酸铁。
具体而言，本发明实施例提供的电池级磷酸铁材料的制备方法，通过氧化反应，加入表面活性剂便于磷铁结合，使得制备得到的磷酸铁符合电池级磷酸铁的技术指标，且纯度高。
具体而言，所述通过温度调节装置对所述反应釜进行升温包括通过所述温度调节装置将温度升高至85度。
具体而言，本发明实施例中的反应温度可以是80-90度之间，但是更为优选的是采用85度的反应温度下，氧化效率最高，反应效果最好，可以将更多的二价铁离子氧化，提供氧化效率。具体而言，所述搅拌装置为磁力搅拌器。
具体而言，采用磁力搅拌器，使得搅拌效果更好，更均匀，使得表面活性剂加入后，便于后续磷酸的加入后，更好的实现磷铁结合，采用磁力搅拌的方式，使得搅拌的效果更好，且可以根据实际情形进行调节，便于智能控制。
具体而言，所述磷酸与所述三价铁离子溶液的摩尔比为1.5：1。
在实际应用中，磷酸和三价铁离子溶液的摩尔比影响着制备工艺的最终效果，不同的摩尔比所制备得到的磷酸铁的产物摩尔比也是不同的，而电池级磷酸铁对磷铁摩尔比的要求较高，因此需要对制备过程中的摩尔比进行精准的控制，因此在制备过程中，加入磷酸的量是需要严格控制的，在实际过程中，可以对磷酸采用逐滴加入的方式以实现对磷酸用量的精准控制。
具体而言，所述表面活性剂的质量为铁盐质量的1.5％。
具体而言，为了改变溶液的表面张力来实现溶液对其他表面能够实现良好润湿效果，通常需要加入表面活性剂，这些物质只需加入很少量便可大幅降低溶液的表面张力，随着溶液性化产品的不断被人类开发出来，表面活性剂的需求将会大幅增长。
表面张力是表面活性剂分子在溶液的表面分布的一种表征，由于表面活性剂是分子内含有亲溶液基和疏溶液基团的两性分子，它们在溶液中将分布在溶液的表面，亲溶液基朝向溶液并与溶液形成氢键，疏溶液基指向空气。这样在溶液的表面将形成一层由表面活性剂疏溶液基组成的单份子膜，这样就形成了新的表面，而这个表面张力将替代溶液的表面张力，显示出新的表面行为。如果新的表面张力低于接触的目标表面，将会实现溶液基体系对目标材料表面的良好润湿，进而实现铁溶液与磷酸的更好的结合，使得反应的结合效果更好，符合电池级磷酸铁晶体的化学结构。
具体而言，调节反应釜内的反应的pH值为1.8。
通过对pH值的控制将反应釜内的反应，使得磷铁更好的结合，形成的晶体结构更好，使得键位结合更为牢固，符合制备需要。
具体而言，所述烘干机为电热鼓风干燥箱。
采用电热鼓风干燥性，使得对絮状物质进行烘干的效果更好，更快实现烘干，且采用温度、送风等多途径实现风干，风干效果更好。
具体而言，所述预设时间为1.5-2.5小时。
优选反应时间为1小时，但是随着反应过程中的其他因素的影响，可能延长也可能缩短，在实际应用中，根据实验的实际需要对时间进行设置，更加灵活方便。
具体而言，所述电池级磷酸铁的铁：磷为0.97-1.02。
本发明实施例中制备得到的电池级磷酸铁材料需要其铁磷比为0.97-1.02，只要满足这个需求，才符合电池级磷酸铁的技术指标，才可以用以后续电池电极的使用原料。若是不满足上述要求，则无法用于电池电极的制作，属于不可用材料。
具体而言，所述反应釜设置有第一加料口、第二加料口、第三加料口和第四加料口，所述第一加料口用以加入所述硫酸亚铁溶液，所述第二加料口用以加入所述过氧化氢，所述第三加料口用以加入所述表面活性剂，所述第四加料口用以加入所述磷酸，所述第四加料口设置有电磁阀，用以调节所述磷酸加入的速度。
具体而言，本发明实施例中的电池级磷酸铁材料的制备方法，通过对磷酸的加入速度进行控制，他用过调节电磁阀控制制备效率，使得制备得到的电池级磷酸铁的制备过程简单，易于实现，且可根据实际需要控制反应过程中，提高反应效率。
具体而言，以硫酸亚铁为原料，过氧化氢为氧化剂，加入磷酸，合成电池级磷酸铁的最佳条件：反应温度85℃、磷铁摩尔比1.5、表面活性剂CTAB用量1.5％，反应pH为1.8。合成的磷酸铁纯度大于99.6％，粒径小于3.0μm，杂质含量低，满足电池级磷酸铁的技术指标。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电池级磷酸铁材料的制备方法，其特征在于，包括：
向置于反应釜内的硫酸亚铁溶液中加入过氧化氢使所述硫酸亚铁溶液中的亚铁离子被氧化成三价铁离子溶液；
向所述三价铁离子溶液中加入表面活性剂并利用设置在所述反应釜内的搅拌装置进行搅拌；
通过温度调节装置对所述反应釜进行升温，并以标准加入速度V0向所述反应釜内加入磷酸；
充分反应后，用氢氧化钠和氨水的混合溶液加入反应釜内，调节反应釜内的反应的 pH值，形成絮状物质；
反应结束后，静置预设时间后，对反应釜内的絮状物质进行过滤；
利用清洗机对所述絮状物质进行洗涤；
利用烘干机对洗涤后的所述絮状物质进行干燥，得到电池级磷酸铁，并获取所述电池级磷酸铁的质量；
在制备过程中，在向所述三价铁离子溶液中加入表面活性剂的加料口处设置有质量检测装置，用以检测加入反应釜内的表面活动剂的质量，在所述加料口还设置有阀门，用以控制加入至所述反应釜内的表面活性剂的质量；
中控单元内设置有制备矩阵M（m1i，m2i），其中m1i表示对应的电池级磷酸铁的第i目标质量，m2i表示若得到第i目标质量的电池级磷酸铁需要加入的表面活性剂的质量；
根据添加的表面活性剂的质量以及所述制备矩阵M（m1i，m2i），预估得到所述电池级磷酸铁的质量；
若加入的表面活性剂的质量为m21，那么对应的电池级磷酸铁的第一目标质量为m11；
若加入的表面活性剂的质量为m2n，那么对应的电池级磷酸铁的第n目标质量为m1n；
所述中控单元内还设置有温度补偿矩阵T(T1,T2…Tn)，检测当加入表面活性剂的质量为m21时，若检测到制备得到的电池级磷酸铁的质量低于所述第一目标质量为m11，则对所述反应釜内的温度按照第一补偿温度T1进行补偿；
若检测当加入表面活性剂的质量为m2n时，若检测到制备得到的电池级磷酸铁的质量低于所述第n目标质量为m1n，则对所述反应釜内的温度按照第n补偿温度Tn进行补偿；
检测当加入表面活性剂的质量为m2i时，若检测到制备得到的电池级磷酸铁的质量高于或等于所述第i目标质量为m1i，则维持所述反应釜内的温度，i=1，2…n。
2.根据权利要求1所述的电池级磷酸铁材料的制备方法，其特征在于，在向所述反应釜内加入表面活性剂时，通过设置在所述反应釜内的温度计检测所述反应釜的实时温度MTi，所述中控单元内设置有反应釜温度矩阵MT（MT1,MT2,MT3）,其中MT1表示第一标准反应温度,MT2表示第二标准反应温度,MT3表示第三标准反应温度，且MT1>MT2>MT3；
当反应釜的实时温度MTi≥第一标准反应温度MT1时，则增大所述磷酸的加入所述反应釜的加入速度为1.1×V0；
当第一标准反应温度MT1>反应釜的实时温度MTi≥第二标准反应温度MT2，则维持标准加入速度V0；
当第二标准反应温度MT2>反应釜的实时温度MTi≥第三标准反应温度MT3，则降低所述磷酸的加入所述反应釜的加入速度为0.95×V0；
当反应釜的实时温度MTi<第三标准反应温度MT3时，降低所述磷酸的加入所述反应釜的加入速度为0.9×V0。
3.根据权利要求2所述的电池级磷酸铁材料的制备方法，其特征在于，所述反应釜内壁设置有第一加热丝、第二加热丝和第三加热丝，三个所述加热丝设置在所述反应釜内不同的高度截面上，所述中控单元与三个所述加热丝连接，用以对所述加热丝的工作方式进行调节，第一加热丝设置在所述反应釜远离反应釜底的位置；
利用设置在所述反应釜内的液位高度计，对反应釜内的实时液位进行监测；
若所述实时液位高于所述第一加热丝的设置位置，则启动所述反应釜内的第一加热丝、第二加热丝和第三加热丝对所述反应釜进行加热；
若所述实时液位在所述第一加热丝和所述第二加热丝的设置位置的中间位置，则启动所述第二加热丝和第三加热丝对所述反应釜进行加热；
若所述实时液位在所述第二加热丝和所述第三加热丝的设置位置的之间，则启动所述第三加热丝对所述反应釜进行加热；
若所述实时液位低于所述第三加热丝的设置位置，则不启动所述加热丝，以防止所述反应釜的温度过高。
4.根据权利要求3所述的电池级磷酸铁材料的制备方法，其特征在于，所述中控单元内还设置有搅拌速度矩阵B(V1,V2…Vn),当所述中控单元在对温度进行补偿时，所述搅拌装置根据所述对应的补偿温度设置对应搅拌速度，若反应釜内的温度按照第一补偿温度进行补偿时，则所述搅拌装置的搅拌速度设定为V1，当反应釜内的温度按照第n补偿温度进行补偿时，则所述搅拌装置的搅拌速度设定为Vn。
5.根据权利要求4所述的电池级磷酸铁材料的制备方法，其特征在于，所述中控单元内还设置有清洗矩阵W(W1,W2,W3),其中W1表示第一清洗时间,W2表示第二清洗时间,W3表示第三清洗时间；所述中控单元还设置有反应溶液标准高度LO，
当所述液位计检测到充分反映后的液位高度高于所述反应溶液标准高度LO，则将所述反应釜中的絮状物质利用清洗剂进行清洗第一清洗时间W1；
当所述液位计检测到充分反映后的液位高度等于所述反应溶液标准高度LO，则将所述反应釜中的絮状物质利用清洗剂进行清洗第二清洗时间W2；
当所述液位计检测到充分反映后的液位高度低于所述反应溶液标准高度LO，则将所述反应釜中的絮状物质利用清洗剂进行清洗第三清洗时间W3；
所述中控单元内还设置修正系数k，所述修正系数k用以修正清洗时间，k= （T1+T2+…Tn）/（n×T0 ）+ V1/V0+…+Vn/V0;
当反应釜内絮状物含量高于预设含量时，所述清洗矩阵W(W1,W2,W3)修正后的清洗矩阵WQ=（W1×k,W2×k ,W3×k）。
6.根据权利要求5所述的电池级磷酸铁材料的制备方法，其特征在于，所述中控单元内还设置有干燥时间补偿矩阵d(d1,d2,d3),其中d1表示干燥时间的第一补偿时间,d2表示干燥时间的第二补偿时间,d3表示干燥的第三补偿时间；
当对所述反应釜中的絮状物质利用清洗剂进行清洗第一清洗时间W1后，在预设的第一干燥时间后进行干燥时间的补偿，时间补偿长度为第一补偿时间d1；
当对所述反应釜中的絮状物质利用清洗剂进行清洗第二清洗时间W2后，在预设的第二干燥时间后进行干燥时间的补偿，时间补偿长度为第二补偿时间d2；
当对所述反应釜中的絮状物质利用清洗剂进行清洗第三清洗时间W3后，在预设的第三干燥时间后进行干燥时间的补偿，时间补偿长度为第三补偿时间d3；
在进行干燥的过程中，当反应釜内絮状物含量高于预设含量时，根据反应釜的磷酸的加入速度和加热温度对干燥时间补偿矩阵d(d1,d2,d3)进行调整得到新的干燥时间补偿矩阵D0(d11,d12,d13)，d11= d1×R，d12= d2×R,d13= d3×R； R=A×(V1+V2…+Vn)/（n×V0）+B×(t1/t10+ t2/t10+t3/t10）/3，t1为第一加热丝的温度，t2为第二加热丝的温度，t3为第三加热丝的温度，t10为三个加热丝的平均温度；A 为速度权重系数，B为温度权重系数。
7.根据权利要求1所述的电池级磷酸铁材料的制备方法，其特征在于，所述中控单元内还设置有反应效率E1和标准反应效率E0，若在一个反应过程中，反应效率E1低于所述标准反应效率E0，则表示反应不充分，则表示得到的电池级磷酸铁的质量不符合标准或纯度较低；反应效率E1高于或等于所述标准反应效率E0，则表示充分，得到电池级磷酸铁质量较多且纯度较高；
其中，反应效率E1= m11/m21+ m12/m22+…m1n/m2n。
8.根据权利要求1所述的电池级磷酸铁材料的制备方法，其特征在于，所述通过温度调节装置对所述反应釜进行升温包括通过所述温度调节装置将温度升高至85摄氏度，所述搅拌装置为磁力搅拌器，所述磷酸与所述三价铁离子溶液的摩尔比为1.5：1。
9.根据权利要求8所述的电池级磷酸铁材料的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂的质量为铁盐质量的1.5%，调节反应釜内的反应的 pH 值为1.8，所述烘干机为电热鼓风干燥箱，所述预设时间为1.5-2.5小时。
10.根据权利要求9所述的电池级磷酸铁材料的制备方法，其特征在于，所述电池级磷酸铁的铁：磷为0.97-1.02，所述反应釜设置有第一加料口、第二加料口、第三加料口和第四加料口，所述第一加料口用以加入所述硫酸亚铁溶液，所述第二加料口用以加入所述过氧化氢，所述第三加料口用以加入所述表面活性剂，所述第四加料口用以加入所述磷酸，所述第四加料口设置有电磁阀，用以调节所述磷酸加入的速度。
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