[发明专利]利用重结晶氢氧化锂制备电池级磷酸二氢锂

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种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。

二、背景技术

锂电池是上个世纪90年代兴起的一种新型电池，其中包括锂一次电池和锂二次电池。随着手机、笔记本电脑等便携式小型电器的普及及应用，锂二次电池也随之发展和普及。其正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂及三元材料等。自1996年日本的NTT首次揭露AyMPO4(A为碱金属，M为CoFe两者之组合：LiFeCOPO4)的橄榄石结构的锂电池正极材料之后，1997年美国德克萨斯州立大学John.B.Goodenough等研究群，也接着报导了磷酸铁锂的可逆性地迁入脱出锂的特性，使得该材料受到了极大的重视，并引起广泛的研究和迅速的发展。与传统的锂离子二次电池正极材料，尖晶石结构的锰酸锂和层状结构的钴酸锂相比，磷酸铁锂具有结构稳定安全性好，能量密度高，原物料来源更广泛、价格更低廉且无环境污染，寿命长等特点，是做为锂动力电池的首选材料。目前磷酸铁锂的主要生产方法有高温固相法和液相法两种，高温固相法为现在主要工业化生产的方法，其原料根据工艺的不同用到碳酸锂、氢氧化锂和磷酸二氢锂。磷酸二氢锂做为生产磷酸铁锂的原料，主要优点在于避开了其它方法合成中使用的磷酸二氢铵，避免产生大量的氨气污染环境的问题。目前生产磷酸二氢锂的主要方法有中和法和萃取法。萃取法所用的萃取剂是甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丙三醇中一种或几种的混合物，工艺复杂、安全性差、成本高。中和法存在中间过程需增加添加剂除杂，工艺流程长，添加剂本身制备过程复杂、能耗高、成本高，如图1。

三、发明内容

本发明属于中和法，目地是解决现有工艺的流程长、杂质富集、除杂繁琐的问题，采取将氢氧化锂用重结晶的简便方式除去可溶性杂质，避免可溶性杂质进入到磷酸二氢锂生产体系引发上述问题，可简化工艺、降低成本并且产出的产品质量稳定。

本发明的技术方案：将氢氧化锂重结晶除去可溶性杂质如K、Na、SO₄^2-、Cl^-等。将重结晶氢氧化锂与磷酸中和制取电池级磷酸二氢锂。其反应方程式为：LiOH·H₂O+H₃PO₄＝LiH₂PO₄+2H₂O。其特征在于包括以下步骤：

1、重结晶氢氧化锂制备：将工业氢氧化锂以液固比5∶1用纯水搅拌溶解压滤，得到氢氧化锂净液，将净液蒸发至原体积的1/5-1/4，冷却至20-30摄氏度进行分离，得到重结晶氢氧化锂和母液，用纯水搅拌溶解时要搅拌充分，时间为0.5-1个小时，离心分离时离心机需高速运转10-15分钟，以保证重结晶氢氧化锂主含量＞95％，同时其杂质需符合Na≤0.003％，K≤0.003％，Ca≤0.005％，CO₂≤0.5％，Fe≤0.001％，SO₄^2-≤0.005％，检测氢氧化锂母液中的可溶性杂质，含量低时返回至溶解压滤工序，含量高时与磷酸反应制备湿磷酸锂，在经过分离烘干包装制备成磷酸锂成品，反应摩尔比LiOH∶H₃PO₄＝3∶1-1.1。

2、中和反应：将磷酸与纯水以重量比1∶3搅拌混匀，按摩尔比LiOH∶H₃PO₄＝1∶1-1.1缓慢加入重结晶氢氧化锂，待完全反应后用氢氧化锂或磷酸将中和溶液调节PH值到1-3，得到磷酸二氢锂溶液，中和时注意先加磷酸后加氢氧化锂，控制氢氧化锂的加入速度，避免碱度过大腐蚀搪玻璃设备。

3、蒸发浓缩：将调好PH值的磷酸二氢锂溶液压滤，将滤液循环压滤直至清亮后再将其压滤至浓缩反应釜，避免不溶性杂质影响产品品质，将得到的净液进行蒸发浓缩，浓缩的温度控制在115-135摄氏度。

4、冷却结晶分离：将溶液冷却至20-40摄氏度后进行液固分离，得到磷酸二氢锂湿品和磷酸二氢锂母液，在冷却的过程中要一直开启搅拌，以保证冷却时生成的磷酸二氢锂晶体颗粒均匀，检测磷酸二氢锂母液中的可溶性杂质，当其可溶性杂质升高不能产出合格的磷酸二氢锂时，将其与氢氧化锂反应制成磷酸锂并液固分离烘干包装成磷酸锂产品，摩尔比LiOH∶LiH₂PO₄＝2∶1-1.1，当其可溶性杂质能产出合格的磷酸二氢锂时，返至中和进行磷酸二氢锂溶液的制备。