CN114604838B - 一种用于磷酸铁干燥煅烧方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于磷酸铁干燥煅烧方法，其将配好的硫酸铁、磷酸、添加剂加入气泡液膜反应器,控制反应器内pH为1.5,物料反应完毕进行陈化，洗涤，滤饼中硫酸根含量≤0.01%，水含量≤50%，微波干燥煅烧，去除外部水及结晶水，控制频率使干燥煅烧温度缓慢升高，500℃时停止升温，并保持2‑3h，温度降至常温取出，即得到粉体磷酸铁材料。本发明与传统干燥方式相比，优质、高效、节能、环保，实现物料的无污染和均匀干燥，同时可大幅降低干燥温度；干燥速度通常提高数倍以上，生产效率大幅提高；微波干燥由于不用燃烧机和风机，改善了噪声污染，且干燥能耗通常降低50%以上，具有流程短、工艺简单、体积小、安装、拆卸方便等优点。

Description

一种用于磷酸铁干燥煅烧方法
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种用于磷酸铁干燥煅烧方法。
背景技术
锂离子电池是以锂离子嵌入化合物为正负极的二次电池，依靠锂离子在正极和负极之间的移动来充电和放电，一般包括正极、负极，隔膜和电解质四个部分。通过对比不同的锂离子正极材料的性能，磷酸铁锂作为正极材料具有很多其他正极材料无法比拟的优点：环境友好，比容量高，电压平稳以及安全廉价。碳热还原法制备磷酸铁锂是目前工业制备磷酸铁锂最成熟的方法，利用该法制备主要铁源有氧化铁、硝酸铁和磷酸铁等，相比其他的铁源，磷酸铁具有以下优点：不用另外加入磷源，可以降低生产成本，此外，目前磷源一般采用NH4H2PO4或(NH4)2HPO4，这样在焙烧过程中会产生大量的氨气，从而对环境造成污染，而采用磷酸铁就没有这样的问题；其次，磷酸铁中的铁元素和磷酸根都是磷酸铁锂材料中的必需元素，因此磷酸铁的加入不会带入其他杂质元素，从而能够提高所合成的LiFePO4材料的纯度。
磷酸铁湿料一般较为粘稠，传统烘干技术比较难以解决，烘干不均匀，能耗较大，许多还需真空烘干技术烘干，防止温度过高。因各家工艺情况不同，磷酸铁的含水率各有不同，对最终含水率的要求也各有不同，且磷酸铁在去除结晶水后形貌变为橄榄球形性能最优，这对干燥煅烧要求更为严格。
采用传统的马弗炉对磷酸铁干燥煅烧，其升温和恒温煅烧时间需要5-6h，且恒温煅烧温度需要达到600℃，其煅烧的效率较低、能耗较高。
发明内容
针对现有技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种用于磷酸铁干燥煅烧方法。
本发明采用的技术方案是：一种用于磷酸铁干燥煅烧方法，具体包括以下步骤：
S1.磷酸铁制备：
将配好的硫酸铁浓度1mol/L、磷酸浓度0.79mol/L、添加剂（油酸钠溶液0.006mol/L、氢氧化钠2mol/L）各组分等体积按设定值流量300mL/min进入气泡液膜反应器,根据反应环境pH值微调流量，控制反应器内pH 为1.5,物料反应完毕进行陈化；
S2.磷酸铁洗滤：
将陈化后物料泵送至洗涤系统，在洗涤系统反复清洗，洗涤完毕后滤饼中硫酸根含量≤0.01%，水含量≤50%；
S3.磷酸铁干燥：
洗涤后滤饼输送至微波干燥机进行干燥煅烧，去除外部水及结晶水，控制频率使干燥煅烧温度缓慢升高，500℃时停止升温，并保持2-3h，温度降至常温取出，即得到粉体磷酸铁材料。
进一步的，S1中，将配好的硫酸铁、磷酸、添加剂自动等体积输送至与之对应的反应液中储罐。
进一步的，S1中，气泡液膜反应器开启电源、搅拌，各组分流量按设定值进入反应器。
进一步的，S1中，气泡液膜反应器出料口物料自流至陈化罐,物料反应完毕，陈化1h。
进一步的，S2中，单次打浆用水量为单次反应硫酸铁溶液的体积。
进一步的，S3中，煅烧后磷酸铁经除磁器除去其中少量的氧化铁。
本发明与传统干燥煅烧方式(热风、蒸气、电加热、燃气加热等)相比，具有优质、高效、节能、环保的优点：
（1）实现物料的无污染和均匀干燥，将干燥温度由原600℃降为500℃，可大幅降低干燥温度；
（2）本发明的微波干燥煅烧比传统干燥煅烧的升温、降温时间减少，使产品整体干燥煅烧时间由4-5h降为2-3h，提高了干燥速度和生产效率；
（3）由图1可看出，经过本方法得到的磷酸铁粒径分布窄、形貌均一，产品质量优于传统干燥煅烧方法得到的磷酸铁；
（4）微波干燥由于不用燃烧机和风机，改善了噪声污染，且干燥能耗通常降低50%以上;
（5）本发明具有流程短、工艺简单、体积小、安装、拆卸方便等优点。
附图说明
图1.本发明实施例1得到的粉体磷酸铁的扫描电镜图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步的解释和说明。
实施例1
一种用于磷酸铁干燥煅烧方法，其特征包括以下步骤：
S1.磷酸铁制备
将配好的硫酸铁1mol/L、磷酸0.79mol/L、添加剂（油酸钠溶液0.006mol/L、氢氧化钠2mol/L）自动等体积输送至与之对应的反应液中储罐；气泡液膜反应器开启电源、搅拌，各组分流量按设定值300mL/min等体积进入反应器，根据反应环境pH值微调流量，控制反应器内 pH 为 1.5，反应器出料口物料自流至陈化罐，陈化时间1h；
S2.磷酸铁洗滤
将陈化后物料用泵输送至洗涤系统，单次打浆用水量约为单次反应硫酸铁溶液的体积，在洗涤系统反复清洗，洗涤完毕后滤饼硫酸根含量≤0.01%，水含量≤50%；
S3.磷酸铁干燥煅烧
取按上述方法制备的磷酸铁滤饼500g，放入微波干燥机，以两分钟作为功率调节时间隔，逐级调节功率（0.2KW、0.4KW、0.6KW、0.8 KW、1.0 KW、1.5KW），使温度逐渐升高，至500℃（1.5KW）时停止升温，保温2h（去除结晶水）， 温度降至常温取出，即得到粉体磷酸铁材料，如图1所示，磷酸铁粒径分布窄、形貌均一，产品质量优于传统干燥煅烧方法得到的磷酸铁。
实施例2
一种用于磷酸铁干燥煅烧方法，其特征包括以下步骤：
S1.磷酸铁制备
将配好的硫酸铁1mol/L、磷酸0.79mol/L、添加剂（油酸钠溶液0.006mol/L、氢氧化钠2mol/L）自动等体积输送至与之对应的反应液中储罐；气泡液膜反应器开启电源、搅拌，各组分流量按设定值300mL/min等体积进入反应器，根据反应环境pH值微调流量，控制反应器内pH 为 1.5，反应器出料口物料自流至陈化罐，陈化时间 1h；
S2.磷酸铁洗滤
将陈化后物料用泵输送至洗涤系统，单次打浆用水量约为单次反应硫酸铁溶液的体积，在洗涤系统反复清洗，洗涤完毕后滤饼硫酸根含量≤0.01%，水含量≤50%；
S3.磷酸铁干燥煅烧
取按上述方法制备的磷酸铁滤饼500g，放入微波干燥机，以两分钟作为功率调节时间隔，逐级调节功率（0.2KW、0.4KW、0.6KW、0.8 KW、1.0 KW、1.2KW、1.4 KW 、1.5KW），使温度逐渐升高，至500℃（1.5KW）时停止升温，保温3h（去除结晶水）， 温度降至常温取出，即得到粉体磷酸铁材料。
实施例3
一种用于磷酸铁干燥煅烧方法，其特征包括以下步骤：
S1.磷酸铁制备
将配好的硫酸铁1mol/L、磷酸0.79mol/L、添加剂（油酸钠溶液0.006mol/L、氢氧化钠2mol/L）自动等体积输送至与之对应的反应液中储罐；气泡液膜反应器开启电源、搅拌，各组分流量300mL/min等体积按设定值进入反应器，根据反应环境pH值微调流量，控制反应器内 pH 为1.5，反应器出料口物料自流至陈化罐，陈化时间 1h；
S2.磷酸铁洗滤
将陈化后物料用泵输送至洗涤系统，单次打浆用水量约为单次反应硫酸铁溶液的体积，在洗涤系统反复清洗，洗涤完毕后滤饼硫酸根含量≤0.01%，水含量≤50%；
S3.磷酸铁干燥煅烧
取按上述方法制备的磷酸铁滤饼500g，放入微波干燥机，以两分钟作为功率调节时间隔，逐级调节功率（0.2KW、0.4KW、0.6KW、0.8 KW、1.0 KW、1.2KW、1.4 KW、1.5KW），使温度逐渐升高，至500℃（1.5KW）时停止升温，保温2.5h（去除结晶水），温度降至常温取出，即得到粉体磷酸铁材料。
对照例
Figure 765935DEST_PATH_IMAGE001
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明内容基础上所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于磷酸铁干燥煅烧方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
S1.磷酸铁制备：
将配好的硫酸铁、磷酸、添加剂各组分按设定值流量进入气泡液膜反应器,根据反应环境PH值微调流量，控制反应器内pH 为 1.5,物料反应完毕进行陈化；将配好的硫酸铁、磷酸、添加剂自动等体积输送至与之对应的反应液中储罐；
S2.磷酸铁洗滤：
将陈化后物料泵送至洗涤系统，在洗涤系统反复清洗，洗涤完毕后滤饼中硫酸根含量≤0.01%，水含量≤50%；
S3.磷酸铁干燥：
洗涤后滤饼输送至微波干燥机进行干燥煅烧，去除外部水及结晶水，控制频率使干燥煅烧温度缓慢升高，500℃时停止升温，并保持2-3h，温度降至常温取出，即得到粉体磷酸铁材料。
2.根据权利要求1所述的一种用于磷酸铁干燥煅烧方法，其特征在于：S1中，气泡液膜反应器开启电源、搅拌，各组分流量按设定值进入反应器。
3.根据权利要求2所述的一种用于磷酸铁干燥煅烧方法，其特征在于：S1中，气泡液膜反应器出料口物料自流至陈化罐,物料反应完毕，陈化1h。
4.根据权利要求3所述的一种用于磷酸铁干燥煅烧方法，其特征在于：S2中，单次打浆用水量为单次反应硫酸铁溶液的体积。
5.根据权利要求1、 2或4所述的一种用于磷酸铁干燥煅烧方法，其特征在于：S3中，煅烧后磷酸铁经除磁器除去其中少量的氧化铁。
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