撞击流反应器制备电池级超细磷酸铁

发布时间：2020-04-07 22:22

【摘要】：磷酸铁被广泛用做电池电极材料和作为磷酸铁锂的前驱体用于生产电池正极,铁锂电池也是目前蓬勃发展的新能源汽车行业中市场占有率最高,用量最大的电池种类。因为其价格低廉,原料来源丰富,性能安全稳定,在能源存储行业中一直备受青睐。随着电池产量不断提高,产业不断完善,以及我国环保要求不断提高,回收电池正极的工业废料也成为了一个很大的产业,未来电池原材料的主要来源就是电池回收。本文针对当下电池正极材料的研究热点,提出了利用撞击流反应器,以水热法制备电池级超细磷酸铁的研究,在此基础上研究了利用电池正极工业废料回收生产电池级超细磷酸铁的制备工艺,并探究了反应条件对产品粒径的影响。首先,用FeSO_4做铁源,H_3PO_4做磷源,H_2O_2做氧化剂,加入硫酸酸化,利用水热法制备出了磷酸铁,并分析和表征了各项指标,和行业标准HG/T 4701-2014进行了比对,实验产品满足电池级超细磷酸铁的要求;研究了氧化时间,氧化剂用量,反应、结晶时间,反应温度,反应物浓度和摩尔比,分散剂种类和用量,洗涤用水量对产品杂质残留和产品粒径的影响,并得出了适宜的工艺条件;对电池正极工业废料进行回收以制备电池级超细磷酸铁,并对工艺进行了改进,得到了适宜的工艺条件。实验表明:分散剂种类对产品粒径影响不显著,但分散剂用量能显著减小产品粒径;反应、结晶时间,反应温度的提高有利于粒径的减小;反应物浓度和摩尔比过大或过小都不利于产品粒径的减小;氧化时间,氧化剂用量,洗涤用水量的增大有利于产品纯度的提高。实验得出用FeSO_4做铁源,H_3PO_4做磷源,H_2O_2做氧化剂制备电池级超细磷酸铁时的适宜条件为:制备原料液过程中氧化反应温度65℃,过氧化氢过量用量为理论量的120%,氧化时间1小时;撞击流反应器中反应条件为反应、结晶温度90℃,Fe~(3+)浓度为0.4 mol/L,磷铁比1.4:1,反应、结晶时间为4小时,选择PEG为分散剂,用量为理论磷酸铁产量的2%,终点pH值为2.0,洗涤用水量为滤饼量的6倍。实验得出用工业废料制备电池级超细磷酸铁的适宜工艺条件为:制备原料液过程中,每150g工业废料,过氧化氢加料量为25.6mL,硫酸用量为89.9g,氧化反应温度65℃,过氧化氢过量用量为理论量的120%,氧化时间1小时;调节槽中加入铁粉7.56g,过氧化氢24.54mL,磷酸23.52g;撞击流反应器中反应条件为反应、结晶温度90℃,Fe~(3+)浓度为0.4 mol/L,磷铁比1.4:1,反应、结晶时间为2小时,选择PEG为分散剂,用量取理论磷酸铁产量的2%,终点pH值为2.0,最终滤饼用5%乙酸溶液洗涤,在此条件下,制得的磷酸铁产品完全符合行业标准HG/T 4701-2014。
【图文】：

图 2-1 磷酸铁锂结构示意图Fig2-1 Lithium iron phosphate structure diagram O 原子与 P 原子形成较强的共价键，消弱了与 F了 Fe3+/Fe2+的反键态，这种结构对氧化还原对的 F影响，使 Fe3+/Fe2+对 Fermi 能级降低，这个降低使得台大约在 3.5V 左右[23]，这是一个非常有利用价值O 的六方密堆积形式排列中，八面体空位占据了一半程中，Fe 的价态通常以两种形式增大：一为 2 个 F成空位；二为 Fe3+取代(LiFe)2+形成锂空位。所以在在许多可以容纳 Li+的空位，这些空位为 Li+的脱嵌材料具有较高的比容量（LiFePO4的比容量为 170铁氧间距为 0.217nm 和 0.204nm[24]。据报道在循环个铁氧间距的变化超过 0.028nm，所以材料在循环

2.5 撞击流的原理及其应用2.5.1 撞击流的原理撞击流反应器是一类围绕撞击流技术为核心原理，根据不同反应需要设计的反应釜的总称，撞击流技术用途广泛，在液-液，气-液，气-固等单相和多相反应体系中都有应用，核心装置的原理是使两股单相或两相气体-颗粒或液滴沿着同轴相向运动，流动到一个区域发生撞击，由于惯性作用，颗粒会穿过撞击面，一定程度地进入反向流体中，然后折返，如此循环做减幅振荡的运动轨迹，最后通过重力等脱离撞击区，离开体系或者在封闭反应体系中循环流动继续参与撞击。这样造成的效果是反应物有一个相对速度极高的环境，并延长了在流体中停留的时间，大量的实验研究和工业生产的报道已经证明，，运用这种方法的撞击流反应器对强化传热传质过程有非常好的效果[67]。
【学位授予单位】：武汉工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM912;TQ052.5;TQ138.11

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本文编号：2618460