背景技術(shù)
磷酸鋰是構(gòu)成制作鋰離子電池所需磷酸亞鐵鋰的基本元素，也是生產(chǎn)彩色熒光粉紅粉(以下簡稱紅粉)的必要原料之一。
國際上，磷酸鋰在紅粉上的應(yīng)用是比較早的，也是較為普遍的。磷酸鋰與碳酸鋰在紅粉生產(chǎn)中是作為助熔劑加入，其混合后作用是改變紅粉的粒度、亮度和色度，使之符合彩色顯像管涂屏的要求。彩色顯像管是彩色電視機(jī)的核心部件，但是隨著科技的不斷進(jìn)步，顯像管電視機(jī)已被邊緣化，使得磷酸鋰在彩粉方面的用量大幅下降。但是近幾年隨著鋰電池技術(shù)的不斷發(fā)展，磷酸鋰在制作磷酸亞鐵鋰方面又有了新的使用領(lǐng)域，即用磷酸鋰與亞鐵鹽生產(chǎn)用于鋰離子蓄電池正極材料的磷酸亞鐵鋰。
近十年以來鈷酸鋰一直作為鋰離子蓄電池正極材料的首選，雖然性能優(yōu)良，但價(jià)格昂貴，隨著移動(dòng)通訊電子設(shè)備和電動(dòng)汽車的飛速發(fā)展，對鋰離子蓄電池在高循環(huán)性能、高比能量方面提出了新的要求，因此以新能源和新材料技術(shù)為背景的鋰離子蓄電池正極材料的研究也在不斷開拓新的方向，尋求能夠代替鈷酸鋰的低成本、高比能量、環(huán)境友好、長壽命的新型正極材料。
磷酸亞鐵鋰以其良好的熱穩(wěn)定性和優(yōu)良的循環(huán)特性成為研究的重點(diǎn)。這種材料具有高壽命、高安全、高環(huán)保的特性，這種材料的發(fā)現(xiàn)給了電動(dòng)車的進(jìn)一步推廣帶來了生機(jī)，一時(shí)間國內(nèi)的眾多科研機(jī)構(gòu)預(yù)言“它”將成為未來鉛酸電池的替代品。
美國Valence公司2003年開始LiFePO4的產(chǎn)業(yè)化，解決了其電池的倍率放電及低溫性能等問題，并和中國的部分鋰離子電池廠家進(jìn)行合作，并以O(shè)EM方式生產(chǎn)4～10Ah的聚合物電池，同時(shí)，在中國蘇州擬建生產(chǎn)基地(威能和威泰)，自己生產(chǎn)聚合物電池。美國A123公司主要從事?lián)诫s金屬離子的LiFePO4材料的商品化運(yùn)作，在中國的常州建設(shè)生產(chǎn)基地高博，國內(nèi)的其它企業(yè)例如天津斯特蘭，天津十八所、湖南瑞翔，北大先行、深圳比亞迪、廣東肇慶、青島乾運(yùn)、山西力之源、橫店東磁、山東海霸、余姚金和、廣州鵬輝也都進(jìn)行了中試實(shí)驗(yàn)，其中試驗(yàn)結(jié)果較好的企業(yè)很快可以形成產(chǎn)能。此外，磷酸鋰是生產(chǎn)磷酸亞鐵鋰的主要原料。
通常，磷酸鋰是用如下方法制備的：將碳酸鋰與鹽酸進(jìn)行中和反應(yīng)，通過調(diào)整pH值和加入沉淀劑除去Fe、Al、Ca等雜質(zhì)，然后與磷酸銨反應(yīng)得到磷酸鋰。該方法的主要存在以下缺陷：過程繁瑣，通常需要進(jìn)行兩步以上的過濾操作。引入了大量的鹽酸和銨，增加了控制產(chǎn)品質(zhì)量的難度。產(chǎn)品必須進(jìn)行大液固比的洗滌才能達(dá)到指標(biāo)要求，回收率低。最終產(chǎn)品中氯離子含量任然較高。過程中使用了國家?？氐暮蛽]發(fā)性的鹽酸，對環(huán)境和操作人員會(huì)有不同程度的影響，設(shè)備需要特殊防腐處理。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種制備磷酸鋰的方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷。
本發(fā)明的方法，包括如下步驟：
(1)將二氧化碳通入水中，然后加入工業(yè)級(jí)碳酸鋰，然后加入沉淀劑，使所述溶液中的鈣(Ca)、鎂(Mg)和硫酸根(SO4 2-)等雜質(zhì)形成沉淀，繼續(xù)通入二氧化碳至溶液的pH為8～9，過濾，收集碳酸氫鋰溶液；
原料碳酸鋰在水中的重量含量為4.0～4.2％。
所述原料碳酸鋰為工業(yè)級(jí)碳酸鋰，其中，碳酸鋰的重量含量為為99.0％，鈉(Na)為500PPm或以上、鎂(Mg)為100PPm或以上、鐵(Fe)含量為50PPm或以上，鉀(K)、鋁(Al)、銅(Cu)為20PPm或以上，鈣(Ca)為200PPm或以上，硫酸根(SO4 2-)為1000PPm或以上。
工業(yè)級(jí)碳酸鋰產(chǎn)品國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 11075-2003)
沉淀劑的重量為原料碳酸鋰重量的0.1～0.5％；
所述沉淀劑選自草酸、草酸銨、氫氧化鋇、碳酸鋇、草酸鹽或鋇鹽中的一種以上；
(2)將磷酸加入步驟(1)的碳酸氫鋰溶液中，至溶液pH＝6～6.5，加熱到65-70℃，攪拌20～40分鐘，用重量濃度為25～28％的氨水調(diào)節(jié)溶液pH＝8～8.5，然后在90～95℃進(jìn)行固液分離，分離時(shí)間不低于30分鐘，獲得磷酸鋰濕料，磷酸鋰濕料中，水分的重量含量為5.5～8％；
磷酸的用量為：0.0465～0.0486Kg/L碳酸氫鋰溶液；
(3)將所述磷酸鋰濕料真空干燥，最終干燥溫度為130～135℃，干燥機(jī)內(nèi)部壓力為-0.09Mpa，冷卻，獲得產(chǎn)品。
本發(fā)明的方法，使用了較為基礎(chǔ)的原料-工業(yè)級(jí)碳酸鋰，工藝過程總收率達(dá)到97％以上，純度高達(dá)99.9％或以上，產(chǎn)品中雜質(zhì)雜質(zhì)鈉(Na)、鈣(Ca)、鐵(Fe)、鉀(K)、鉛(Pb)、氯根(Cl-)含量低至10PPm或以下，硫酸根(SO4 2-)含量低至20PPm或以下。
本發(fā)明較好的解決了傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝的缺點(diǎn)，工藝簡單，物相單一，
未大量引入其它雜質(zhì)元素，產(chǎn)品無需洗滌，回收率高，選用不同級(jí)別的碳酸鋰原料即可制得不同級(jí)別的產(chǎn)品，過程中不使用鹽酸，使得反應(yīng)設(shè)備不需要進(jìn)行特殊的防腐處理，同時(shí)對環(huán)境基本不產(chǎn)生影響，過程收率達(dá)到97％以上。
具體實(shí)施方式
(1)1.8M3不銹鋼反應(yīng)塔中加入純水1400L，開啟二氧化碳，壓力控制在0.2Mpa，加入工業(yè)級(jí)碳酸鋰60Kg，然后加入0.12Kg草酸和0.29Kg氫氧化鋇，繼續(xù)通入二氧化碳至溶液的pH為9，再將獲得的溶液用聚丙烯板框壓濾機(jī)過濾，收集碳酸氫鋰溶液；
(2)在5M3不銹鋼反應(yīng)釜中，加入步驟(1)的碳酸氫鋰溶液4000L，攪拌下加入食品級(jí)磷酸186Kg，至溶液pH＝6左右，加熱到70℃攪拌30分鐘，用重量濃度為25％的氨水調(diào)節(jié)溶液pH＝8，然后在95℃進(jìn)行固液分離，分離時(shí)間不低于30分鐘，獲得磷酸鋰濕料182.66Kg，水分的重量含量為5.5％；
(3)將所述磷酸鋰濕料加入3M3不銹鋼真空干燥機(jī)中進(jìn)行真空干燥，最終干燥溫度為135℃，干燥機(jī)內(nèi)部壓力為-0.09Mpa，冷卻至35℃，獲得磷酸鋰172.61)Kg，工藝過程總收率達(dá)到97％以上。
采用國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測，磷酸鋰純度高達(dá)99.9％或以上，產(chǎn)品中雜質(zhì)雜質(zhì)鈉(Na)、鈣(Ca)、鐵(Fe)、鉀(K)、鉛(Pb)、氯根(Cl-)含量低至10PPm或以下，硫酸根(SO4 2-)含量低至20PPm或以下。因此本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是能夠生產(chǎn)高收率，高純度，較低成本的磷酸鋰。
來源：CN102030320A