如何做磷酸焦磷酸铁钠NFPP(工程化篇)

前几天老刘遇见一件颇尴尬的事情。那一天晚上陪一位商业投资大佬团队吃饭，席间该大佬侃侃而谈现在的电池新技术，笃言现在的固态电池和无负极电池技术已经完全成熟，完全产业化，今年计划投个几十亿占个先机。期间几次问询我的看法，作为一个搞技术的，秉承着实事求是的精神驳了大佬几句，坦言道如果为了资本运作和股票完全可以投，如果要实打实的搞实业那还是算了，还不如投磷酸铁锂。大佬怏怏不快，那是你们公司技术不行，不代表人家其他公司做不好，你看某某公司固态电池都已经量产了，某某公司无负极明年投产，某某院士也都在宣传，肯定没问题。
老刘不禁感叹国人的“智慧”，就有些人善于忽悠，很有脑子。估计这位大佬连啥是固态电池， 啥是无负极都不清楚，但就是信了，被洗脑了。想起来早些年磷酸铁锂刚出来的时候某迪叫“铁电池”，正极材料搀杂点钇就叫“稀土电池”，隔膜用隔热保温的陶瓷片做隔膜就叫“陶锂电池”，某创宣传镍铁锰酸钠层状氧化物为“铁酸钠”。这么宣传误导无非一个“利”字当先，想引来更多投资、更多项目、更多关注，但老刘觉得也应该适可而止，否则会带坏行业，恶性竞争，造成资本优先，实业倒退。
扯得有些远了，回到正题，我们今天聊一聊磷酸焦磷酸铁钠在工程化生产中的一些问题。实际上NFPP和磷酸铁锂工程化生产上高度相似，这里我们从几个工艺细节点来阐述不同的地方。先上一个工艺生产流程图：

问题一：铁源选择
目前主流工艺铁源还是磷酸铁FePO4为主，相较于草酸亚铁、硝酸铁、氧化铁而言，在价格成本、环保压力等方面综合性价比最高。
但要注意的是，虽然都是磷酸铁工艺，磷酸铁锂和磷酸焦磷酸铁钠在细节方面差异很大。首先在铁磷比方面，和磷酸铁锂不同，NFPP有自己不同的Fe：P范围；其次在砂磨后D50上，其要求值要远低于磷酸铁锂，甚至要低于200nm，这主要是Na+半径比Li+要大，本身固相扩散阻力大，如果D50过大，整个固相扩散路径就变长，Na+很难扩散到FePO4内部生成NFPP晶型，最终杂项较多。这就造成：对砂磨机有一定特殊要求，同时砂磨时间会加长，一定程度上增加了制造成本。
经老刘测算，生产1吨NFPP，不同铁源工艺所有原材料价格为（不计算工艺损耗和生产损耗）：FePO4  12800元；氧化铁  12500元 ；草酸亚铁  15500元；硝酸铁  16600元；

从成本价格来看，FePO4具有很大优势，也无可厚非的会成为未来主流方向。同时，氧化铁工艺也很有前景。草酸亚铁和硝酸铁工艺很少有人工程化方向去做，特别是硝酸铁工艺，价格极高，同时生产过程中产生大量污染性废气，环保压力巨大。
这里阐述一下硝酸铁工艺，虽然原材料成本高，环保压力大。但是优点也很多，首先硝酸铁是可溶性铁源，和磷酸二氢钠、葡萄糖搭配可形成均一水溶液。如此一来，不需要进行砂磨工序，这样可以减少砂磨机设备和运行能耗投入，总体成本会降低；其次，溶液可以混合的很均匀，同时喷雾干燥造粒力度小、硬度小、均一性好，最终产品在性能、一致性方面极佳；
 氧化铁工艺理论原材料成本最低，同时因为是氧化物，烧结过程中很容易脱氧变成Fe3+离子进行固相反应，理论上纯度最高，性能最好。但实际生产过程中存在不少问题，其一砂磨难度极大，氧化铁莫氏硬度很高，比表面能很大，D50很难降低，同时极易团聚；其二喷雾干燥极易沾壁，收料率很低，造成生产损耗高；
 工程生产上，如何选取合适的铁源极为重要。综合考量的话，老刘还是倾向于磷酸铁工艺。
问题二：烧结参数
老刘断言，烧结工序能占到整个生产工序的60%以上，无论是设备投入、能耗，还是影响产品性能及一致性；可以说，烧结的怎么样直接决定产品做得怎么样。
经常有人留言问，NFPP烧结温度多少度合适？烧结时间多长时间合适？这个很难一句话回答，要根据实际情况来定。比如，你是什么工艺？磷酸铁还是氧化铁，或者是硝酸铁？即便是磷酸铁，你的铁磷比是多少？即便固定了铁磷比，你砂磨后D50及粒度分布是多少？甚至喷雾干燥后D50、辊道窑匣钵尺寸、堆积密度等都是影响因素。
面包店里永远是烘烤师傅最贵，因为烘烤要掌握好火候、时间，才能做出软糯可口的面包。而糕点各式各样，所有糕点不可能用同样温度、时间去做，这就需要经验和实践。

一般来说，NFPP烧结温度在550℃-600℃之间，烧结时间10-14h。具体的，就要看你能不能做个优秀的烘烤师傅了。

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