一種全新的用磷鐵合金制備磷酸鐵的工藝
云南科什達(dá)新材料有限公司（簡(jiǎn)稱“公司”）成立于2019年，前身為云南科什達(dá)冶金爐料有限公司，成立于2007年，前身公司獨(dú)創(chuàng)開發(fā)了通過添加磷鐵冶煉特種鋼的應(yīng)用場(chǎng)景，出口全球三十多個(gè)國家和地區(qū)。
公司始終堅(jiān)持按照“一體兩翼”發(fā)展戰(zhàn)略，立足于以優(yōu)勢(shì)磷鐵產(chǎn)業(yè)為主體，向化工新材料和新能源先進(jìn)化學(xué)電池及材料產(chǎn)業(yè)兩翼發(fā)展延伸。為搶抓國家“雙碳”戰(zhàn)略及磷酸鐵鋰規(guī)模擴(kuò)張機(jī)遇和全球新能源動(dòng)力電池大發(fā)展紅利，充分發(fā)揮公司磷鐵等要素資源及技術(shù)優(yōu)勢(shì)，不斷補(bǔ)充完善公司新能源鋰電產(chǎn)業(yè)鏈。
公司用一年半的時(shí)間研發(fā)了以磷鐵合金制備磷酸鐵的全新工藝，該工藝低能耗、無污染，且成本比傳統(tǒng)工藝低40%，電池級(jí)脫水磷酸鐵的技術(shù)開發(fā)，在國際處于領(lǐng)先水平。
采用我們項(xiàng)目制備的無水磷酸產(chǎn)品合成的磷酸鐵鋰正極材料，在容量和倍率性能上比目前市售同型號(hào)材料優(yōu)秀。產(chǎn)品特點(diǎn)如下：
1、不含結(jié)晶水，化學(xué)計(jì)量準(zhǔn)確；
2、Fe：P=0.97-1.02，材料的顏色接近米黃色；
3、純度高；
4、不含鈉離子，后期材料電化學(xué)性能好；
5、中位粒徑<1um，后期材料加工性能和倍率性能好；
6、比表面積6-13m2/g
合成磷酸鐵的原料中鐵源有純鐵粉、草酸亞鐵、硫酸亞鐵等，磷源有磷酸、五氧化二磷等。采用這些路線或者原材料的價(jià)格昂貴，或者工藝路線復(fù)雜、環(huán)保壓力大。
近年來，磷酸鐵鋰正極材料除了在技術(shù)上的因素外，價(jià)格偏高是制約其發(fā)展的根本原因，為推廣應(yīng)用帶來一定的影響，主要原因是由于生產(chǎn)工藝不能穩(wěn)定，工藝路線還未完全掌握，脫水磷酸鐵的工藝將打破傳統(tǒng)路線，為全面拓展磷酸鐵鋰動(dòng)力電池奠定了良好的基礎(chǔ)，以下為不同工藝路線產(chǎn)品成本對(duì)比情況。
工藝路線 （鐵源選擇） | 原材料成本 | 生產(chǎn)設(shè)備投資 | 路線瓶頸 |
草酸亞鐵 | 高 | 高 | 生產(chǎn)效率低，品質(zhì)不易穩(wěn)定控制。 |
氧化鐵 | 中 | 高 | 產(chǎn)品性能偏低。 |
正磷酸鐵 | 中 | 中 | 性能指標(biāo)一般，原料不易控制 |
脫水磷酸鐵 | 低 | 低 | 性價(jià)比高，指標(biāo)滿意，生產(chǎn)穩(wěn)定 |
我們采用黃磷生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)物磷鐵為主要原料來合成無水磷酸鐵，該工藝具有以下優(yōu)勢(shì):
1.磷酸鐵(FePO4)、碳酸鋰(Li2C03)、碳源的碳熱還原過程類似于電池中的放電過程:FePO4的骨架不動(dòng)，三價(jià)鐵還原為二價(jià)鐵，Li+插入FePO4的晶格中，F(xiàn)ePO4變成LiFePO4。這一反應(yīng)過程比全濕法工藝、草酸亞鐵工藝、鐵紅工藝的反應(yīng)過程要簡(jiǎn)單得多，使得磷酸鐵工藝更易實(shí)現(xiàn)，反應(yīng)條件更寬松，可控性更強(qiáng)。
2.可以利用濕化學(xué)方法合成磷酸鐵前驅(qū)體，對(duì)其成分、結(jié)構(gòu)、形貌進(jìn)行精確調(diào)控,以此為前驅(qū)體合成磷酸鐵鋰，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)產(chǎn)物的成分、結(jié)構(gòu)、形貌的精確調(diào)控,將磷酸鐵鋰制備的大部分技術(shù)含量轉(zhuǎn)移至磷酸鐵前驅(qū)體,可以充分發(fā)揮軟化學(xué)合成優(yōu)勢(shì)，具有廣闊的技術(shù)提升空間。
磷酸鐵的工業(yè)生產(chǎn)已有多年歷史，通常采用三價(jià)鐵鹽或二價(jià)鐵鹽為原料，加入磷酸或磷酸鹽，配成混合溶液，再用堿溶液沉淀制得，得到含有結(jié)晶水的磷酸鐵(FePO4·2H2O)，但存在的缺點(diǎn)是反應(yīng)過程有副產(chǎn)物鹽類產(chǎn)生，如NaNO3、NaCI、Na2SO、等，副產(chǎn)物鹽類存在于反應(yīng)產(chǎn)生的母液中，在磷酸鐵產(chǎn)品的洗滌液中也大量存在，直接排放將嚴(yán)重污染環(huán)境，廢液處理將造成成本增加，副產(chǎn)物又是低價(jià)值產(chǎn)品，再者，生成的磷酸鐵都含有一定的結(jié)晶水，通常為兩個(gè)，即為FePO4·2H2O，產(chǎn)品除結(jié)晶水外，通常還含有少量吸附水，由于含有結(jié)晶水和吸附水，磷酸鐵的實(shí)際成分并不十分確定可靠，為生產(chǎn)磷酸鐵鋰時(shí)的精確配料帶來一定困難，而且在合成正極材料過程中，由于含有的水份將影響保護(hù)氣氛的氧含量，無法確保三價(jià)鐵的全部還原成二價(jià)鐵。另外，含有結(jié)晶水的產(chǎn)品在長(zhǎng)期存放過程中，可能產(chǎn)生吸潮或風(fēng)化現(xiàn)象，使產(chǎn)品成分隨時(shí)間產(chǎn)生變化，對(duì)工藝的穩(wěn)定性和產(chǎn)品一致性產(chǎn)生不利影響，因此，F(xiàn)ePO4·2H2O不適于直接用作生產(chǎn)磷酸鐵鋰正極材料的原料，一般要進(jìn)行必要的預(yù)處理。
為此，我們?cè)诶斫夂铣僧a(chǎn)品磷酸鐵鋰性能及其應(yīng)用的基礎(chǔ)上，通過長(zhǎng)期的努力，研發(fā)出了適用于合成鋰離子二次電池磷酸鐵鋰前驅(qū)體----無水磷酸鐵。在保證品質(zhì)的同時(shí)，大大降低了材料成本，為磷酸鐵鋰正極材料的推廣應(yīng)用帶來了前所未有的局面。
就同類產(chǎn)品而言，我們的的生產(chǎn)成本為0.8萬元/噸，其它工藝的都在1.3萬元/噸以上，這是由于我們先進(jìn)的生產(chǎn)工藝所決定的，所以在價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)方面，我們有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。
整個(gè)生產(chǎn)過程無污染，無有害排放！清洗出來的液體主要含量為硝酸氨，一種優(yōu)良的肥料，其它的液體、氣體都會(huì)回收繼續(xù)供給給產(chǎn)線，屬于可持續(xù)高技術(shù)綠色能源產(chǎn)業(yè)！
我司預(yù)備立項(xiàng)“年產(chǎn)20萬噸磷酸鐵鋰正極材料一體化項(xiàng)目”，歡迎行業(yè)上下游及有意布局本行業(yè)的公司洽談溝通。
云南科什達(dá)新材料有限公司
投資部總監(jiān)：王先生
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