[发明专利]磷酸二氢锂的生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磷酸二氢锂的生产方法，特别是电池级磷酸二氢锂的生产方法，属于磷 酸二氢锂制造技术领域。

背景技术

锂离子电池是于上世纪90年代初兴起的最新一代二次电池产品，目前尚无可预见的替代 产品。锂离子电池的正极材料有很多种，主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸 铁锂等。LiFePO₄是由美国的John博士于1996年最先将其引入到锂电池潜在正极材料上来 的，磷酸铁锂真正作为锂离子动力电池材料是近几年才出现的事，国内开发出大容量磷 酸铁锂电池是在2005年7月。近年来国际上普遍认为LiFePO₄是高能动力电池的最佳新型 正极材料，其安全性能与循环寿命是其它材料所无法相比的，其主要优点表现在：(1)解决 了LiCoO₂及其他现有正极材料不能解决的安全问题：由于采用磷酸根取代了氧，在滥用条件 下不会有氧气析出，单节电池过充电压30V不燃烧、不爆炸，穿刺不爆炸，所以安全性能大 大提高。(2)原料来源广泛，价格低廉，铁元素在地壳中含量十分丰富，仅次于氧、硅、铝 三种元素。(3)无论是原料还是生产过程，磷酸铁锂材料无毒、无污染，是真正的绿色能源。 (4)循环寿命非常长，1C充放循环寿命达2000次。磷酸铁锂正极材料做出大容量锂离子电 池更易串联使用，可以满足电动车频繁充放电的需要。综上，LiFePO4具有无毒、无污染、 安全性能好、原材料来源广泛、价格便宜，寿命长等优点，是新一代锂离子电池的理想正极 材料。

电池级磷酸二氢锂作为生产磷酸铁锂的原料，很大的优点在于它避开了其它合成方法中 使用磷酸二氢铵为原料，产生大量氨气污染环境的问题。同时，采用二步除杂法生产出磷酸 二氢锂产品质量稳定，有利于生产磷酸铁锂产品的稳定性。环保、节能，符合国家产业政策， 具有很强的应用价值。目前国际、国内生产磷酸二氢锂的主要工艺方法有：萃取法、中和法 等。

萃取法是一种磷酸二氢锂的合成方法，在反应器中使磷酸与锂化合物在水溶液中进行接 触反应，得磷酸二氢锂水溶液，加热浓缩磷酸二氢锂水溶液至饱和，将该水溶液加入萃取剂， 对磷酸二氢锂进行萃取结晶，过滤、烘干得到磷酸二氢锂晶体。上述的萃取剂为溶解磷酸的 溶解度与溶解磷酸二氢锂的溶解度之比为1～5的溶剂，是甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丙三 醇中的一种或者几种的混合物，属危险化学品，且价格较贵，回收较复杂。

中和法，是利用热法磷酸与单水氢氧化锂中和反应制备电池级磷酸二氢锂方法，包括： ①原料预处理，得到氢氧化锂精制液；②中和反应：将磷酸液置于反应槽中，再缓慢加入氢 氧化锂精制液，得到磷酸二氢锂溶液；③蒸发浓缩：将磷酸二氢锂溶液加热蒸发浓缩；④冷 却结晶：得到磷酸二氢锂冷却浆液；⑤离心脱水，得到磷酸二氢锂湿产品；⑥产品干燥、密 封包装，得到磷酸二氢锂产品。详见图1。其主要反应方程式为：

LiOH+H₃PO₄(过量)→LiH₂PO₄+H₂O  ①

现生产工艺LiOH∶H₃PO₄按1∶1.2配方，常温、常压下中合反应。

该方法简单、安全可行，对环境不造成任何污染，但是该方法(1)对单水氢氧化锂品质 要求较高，若单水氢氧化锂杂质含量高，特别是可溶杂质如K、Na等，会造成除杂困难，提 高工艺成本，而且得到的电池级磷酸二氢锂品质不稳定；(2)必须加入过量的磷酸，磷酸的 加入量不易控制，或造成资源浪费，且影响产品质量，若磷酸加入量不足会生成部分Li₃PO₃沉淀析出，影响产品质量；(3)母液中杂质会逐渐富集，循环利用次数有限；(4)由于磷酸 过量，磷酸对蒸发浓缩装置腐蚀性极强，严重腐蚀蒸发浓缩装置，，导致蒸发浓缩装置的使用 寿命一般在3个月以内，更换成本非常高，磷酸对蒸发浓缩装置的腐蚀问题已成为磷酸二氢 锂工业生产中的关键技术难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有工艺中杂质富集，除杂困难的问题提供一种新的 电池级磷酸二氢锂的制备方法-两步反应生产电池级磷酸二氢锂。如图2所示。