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高性能电池级磷酸铁制备方法

 

 

1、磷酸铁制备工艺采用液相氧化共沉淀法制备磷酸铁,以硫酸亚铁作为铁源、磷酸作为磷源、氢氧化钠作为沉淀剂。在双层反应釜中,按照预先设定的比例,将铁源溶液与双氧水混合,随后加入磷源溶液和沉淀剂,以调节溶液的 pH,促使磷酸铁沉淀。在升温搅拌一段时间后,得到二水磷酸铁。随后将沉淀物进行过滤、洗涤和煅烧,最终得到了磷酸铁产品。

2、化学反应式为:2FeSO4+7H2O+2H3PO4+2H2O2→ 2FePO4+xH2O+2H2SO4+(36-2x)H2O,(1

         NaOH+2H2SO4→Na2SO4+2H2O 。(2)

    总反应式为2FeSO4+7H2O+2H3PO4+2H2O2+4NaOH→2FePO4+xH2O+2Na2SO4+(20-2x)H2O 。(3)

3、工艺流程如下:

 

4、工艺控制条件

4.1 搅拌强度首先将适量硫酸亚铁溶解于脱盐水中,按照化学计量比分别添加双氧水和磷酸,搅拌均匀,使溶液呈现红棕色且无气泡。随后利用 20L 双层反应釜进行反应,控制搅拌强度在不同转速下进行,包括 500、600、700、800、900、1000r/min。在反应过程中,按照化学计量比逐步加入氢氧化钠溶液,保持常温,并控制溶液 pH 为 2.1。反应 2 h 后,将所得料浆进行过滤,获得滤饼。对滤饼进行煅烧处理,得到无水磷酸铁。

4.2 沉淀 pH按照 4.1 步骤,控制搅拌速度为 800 r/min,加入氢氧化钠溶液,保持常温,调节 pH 至2.1,获得二水磷酸铁沉淀。随后,需补加磷酸以调整体系不同 pH,包括 1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0(此时补加磷酸的总量需与前述磷酸用量相加,以满足化学计量比)。反应进行 2 h后,将料浆进行过滤,得到滤饼,对滤饼进行煅烧处理,获得无水磷酸铁。

4.3 沉淀温度按照 4.1 步骤,控制搅拌速度为 800 r/min,加入氢氧化钠溶液,保持常温,调节 pH 至2.1,获得二水磷酸铁沉淀,随后,补加磷酸以调整体系 pH 至 1.6,升至不同温度(40、50、60、70、80、90℃)。在反应 2 h 后,将所得料浆进行过滤,收集滤饼,并进行煅烧,获得无水磷酸铁。

4.4 洗涤次数按照 4.1 步骤,控制搅拌速度为 800 r/min,加入氢氧化钠溶液,保持常温,调节 pH 至2.1,获得二水磷酸铁沉淀,随后,补加磷酸以调整体系 pH 至 1.6,升温至 80℃,升温反应2 h 后将料浆过滤得到滤饼,分别对滤饼洗涤 1 次、2 次、3 次、4 次、5 次,对洗涤过滤后的滤饼进行煅烧,获得无水磷酸铁。

4.5 煅烧温度按照 4.1 步骤,控制搅拌速度为 800 r/min,加入氢氧化钠溶液,保持常温,调节 pH 至2.1,获得二水磷酸铁沉淀,随后,补加磷酸以调整体系 pH 至 1.6,升温至 80℃,升温反应2 h 后将料浆过滤得到滤饼,对滤饼进行 4 次洗涤,然后煅烧。煅烧温度分别为 480、490、500、510、520、530℃。经煅烧后,最终获得无水磷酸铁。

4.6 煅烧时间按照 4.1 步骤,控制搅拌速度为 800 r/min,加入氢氧化钠溶液,保持常温,调节 pH 至2.1,获得二水磷酸铁沉淀,随后,补加磷酸以调整体系 pH 至 1.6,升温至 80℃,升温反应2 h 后将料浆过滤得到滤饼,对滤饼进行 4 次洗涤,然后煅烧。煅烧过程需在 500℃下进行,时间分别为 1、2、3、4、5 h。最终获得无水磷酸铁产品。

4.7 加入分散剂首先将适量硫酸亚铁溶解于脱盐水中,然后按化学计量比分别添加双氧水和磷酸至硫酸亚铁溶液中。启动搅拌,使溶液呈现红棕色且无气泡。采用 20L 双层反应釜进行反应,控制搅拌速度为 800r/min,随后加入不同表面活性剂,包括十六烷基三甲基溴化铵 CTAB、聚乙烯吡咯烷酮 PVP、十二烷基苯磺酸钠 SDBS、十二烷基硫酸钠 SDS、柠檬酸 CA 等,或其复配物。表面活性剂的添加量为铁源质量的 0.8%。按化学计量比加入氢氧化钠溶液,并控制溶液 pH 为 2.1,以生成二水磷酸铁沉淀。随后,补加磷酸调整体系 pH 至 1.6,并将温度升至 80℃。在升温反应 2 h 后,将料浆过滤以获得滤饼。对滤饼进行 4 次过滤,同时按洗水 2%的比例加入无水乙醇进行洗涤。对洗涤过滤后的滤饼进行煅烧,煅烧温度为 500℃,煅烧时间为 3 h,最终获得无水磷酸铁。

发布时间:2024/7/16 8:55:45 查看:54次

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