[发明专利]一种电池级磷酸二氢钠的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及无机材料制备领域，具体涉及一种电池级磷酸二氢钠的制备方法。

背景技术

据预测，如果全球1/2的汽车被电动汽车或者混合动力汽车所替代，将需要消耗790万吨的金属锂，而锂元素在地壳中含量较少且分布不均衡。因此，锂离子电池产业的空前发展可能导致锂元素消耗殆尽，最终阻碍新能源产业的发展。相比之下，钠元素不仅含量丰富(地壳中金属元素含量第四位，比锂要高三个数量级),成本低廉。而且钠离子电池具有较低的分解电势和较高的密度，可以储存更多的能量。同时，钠离子电池与锂离子电池的原理具有相似性，钠离子在正负极之间嵌入脱出实现充放电。钠离子电池取代锂离子电池不仅具有理论可行性，而且具有大规模储能的独特优越性。

在钠离子电池正极材料中，通常认为磷酸根结构材料的化学稳定性好且制备工艺简单。现在已经获得了性能优异的焦磷酸铁钠正极材料，焦磷酸铁钠的制备方法主要有固相法和液相法两类。在中国专利申请CN106340650A中公开了一种焦磷酸铁钠的制备方法，其制备过程中采用液相法，先通过液相法制备FeH₂P₂O₇，然后将FeH₂P₂O₇与钠源混合制得焦磷酸铁钠前驱体，再将焦磷酸铁钠前驱体置于惰性或还原气氛下，升温至550～600℃烧结，得到产品。但是这种方法存在一定缺陷，由于液相法的制备工艺复杂、设备要求较高，难以进行规模化生产，基本只能实验室研究。

碳热还原法采用磷酸二氢钠作为钠源避开了使用磷酸二氢铵为原料生产时可能带来的氨气污染环境的问题，而且磷酸二氢钠可同时提供钠离子和磷酸根离子，节省了采购成本和贮存成本。因此，当随着钠离子在储能领域的快速发展，磷酸二氢钠作为钠离子电池的原料具有广阔的市场前景。

磷酸二氢钠(NaH₂PO₄)，无色斜方晶系结晶，有无水物(NaH₂PO₄)，一水物及二水物三种，无水物为白色结晶粉末，微吸湿，极易溶于水。水溶液呈酸性反应，0.1mol/L水溶液在25℃时的PH为4.5。相对密度1.915，熔点60℃。无水物加热至225～250℃和350℃～400℃时，则分别分解而成酸性焦磷酸钠和偏磷酸钠。

目前工业上磷酸二氢钠的制备方法皆以纯碱或磷酸二氢钠中和磷酸而得。

在中国专利申请CN103787293A中公开了一种磷酸二氢钠的制备方法，其制备过程中先进行湿法磷酸除杂，然后进行中间体CO(NH₂)₂·H₃PO₄的合成反应，冷却结晶得到中间体，再加入钠源混合反应冷却结晶干燥后得到产品。但是这一过程经历蒸发冷却结晶，能耗较高。

以纯碱作中和剂时，磷酸需全部用热法磷酸，当以磷酸氢二钠为原料时，可用萃取磷酸来制得，可节省一部分热法磷酸。而纯碱中和法，是以纯碱中和萃取磷酸，经压滤、蒸发、结晶、脱水、干燥而得，蒸发结晶能耗较高，对于电池级磷酸二氢钠制备，不利于节能减排。

综上所述，现有技术中磷酸二氢钠的生产方法普遍存在着能耗高、副产物难以处理、产品质量不稳定和经济效益不好、不利于环保等技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种低能耗的电池级磷酸二氢钠的制备方法，该方法操作简单，避免传统制备方法中控制PH、蒸发浓缩和冷却结晶等高能耗过程，节约成本，而且制备的电池级磷酸二氢钠纯净度高，用作钠离子电池正极材料，可投入到工业化生产。

具体技术方案如下：

一种电池级磷酸二氢钠的制备方法，包括如下步骤：将磷酸和乙醇在酸溶槽中混匀，随后加入电池级碳酸钠发生复分解反应，结晶析出磷酸二氢钠沉淀；所述复分解反应完全后过滤并保留滤饼，对所述滤饼进行洗涤、干燥后得到电池级磷酸二氢钠。

所述磷酸和所述乙醇的质量比为1:2～4:1。

所述磷酸和所述电池级碳酸钠的液固质量比为2:1～3:1。

所述复分解反应的条件为：维持反应釜反应压强为1atm～2atm。

所述复分解反应维持反应时间为30min～90min。

对所述滤饼进行洗涤操作时，采用乙醇进行洗涤，所述乙醇的质量为所述滤饼湿重的10％～100％。