[發明專利]一種鋰離子電池正極材料磷酸亞鐵鋰的制備方法

無效

• 申請號: 200910304979.0
• 申請日: 2009-07-30
• 公開（公告）號: CN101640267A
• 公開（公告）日: 2010-02-03
• 發明（設計）人: 陳建鋒;曹利文
• 申請（專利權）人: 寧波英特維新材料有限公司
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/58;C01B25/45
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標代理有限公司
• 代理人: 李 鳳

技術領域

本發明涉及一種動力鋰離子電池用正極材料的連續制備方法，具體說，是一種利用高壓 水熱液體的流動，連續制備磷酸亞鐵鋰材料的方法。

背景技術

磷酸亞鐵鋰(LiFePO₄)材料是新一代的鋰離子電池正極材料，具有資源豐富、價格低 廉、在過充過放電等極端條件下安全穩定、放電平臺特性好，循環壽命高等優點，以及成為 目前國內外公認的動力電池優秀候選材料。國內外對其進行了大量的研究，特別是對其合成 工藝、摻雜特性、碳包覆方法等進行了大量的研究。目前國內可以檢索到的專利超過200個 。近年來，以鋰離子電池為動力的電動汽車、電動工具、儲能電池等產業都得到較快的發展 ，對磷酸亞鐵鋰材料的需求也越來越大。

磷酸亞鐵鋰正極材料的制備，可以簡單地分為固相法和液相法。固相法又分為直接固相 法和碳熱還原法。前者一般是用二價鐵為原料，經過燒結制成成品。后者一般采用三價鐵作 為原料，通過反應過程中的物料還原，將三價鐵還原為二價鐵，制成磷酸亞鐵鋰成品。液相 法是指通過溶液間離子的反應，生成磷酸亞鐵鋰或前驅體，然后通過熱處理制成成品。液相 法沒有粉體顆粒間原子的擴散過程，可以在反應離子均勻分散的條件下實現物料的合成，成 份較固相法更均勻，穩定，特別適用于離子摻雜型磷酸亞鐵鋰材料的制備。CN101209820、 CN101209819、CN101106189、CN101117216、CN101121509等專利分別提出了制造前驅體和磷 酸亞鐵鋰成品的工藝方法。以上方法都是利用反應釜，通過一定的氣氛、溫度或壓力條件實 現反應。但用于實際生產時，存在加熱時間長、攪拌和反應條件難以控制、不能連續式出料 、傳熱慢、能耗高等問題。以上問題是液相合成法的不能迅速實現工業化批量生產的關鍵。 例如利用常規水熱法技術生產時，主要能耗用于反復加熱反應體系和容器，造成了能源的巨 大浪費。大型反應釜內壁較厚，更限制了熱量的傳輸，也是造成體系能耗較高、品質不穩定 的主要因素。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種連續生產，性能極其穩定，適宜于工業化大批 量生產的鋰離子電池正極材料磷酸亞鐵鋰的制備方法。

為達到上述目的，本發明一種鋰離子電池正極材料磷酸亞鐵鋰的制備方法，包括以下步 驟：將反應液體混合均勻后加壓，然后通過外加熱的熱管，利用熱管中液體的連續流動和熱 管外的加熱，使反應原料在流動過程中混合、晶體成核、長大，實現連續地合成磷酸亞鐵鋰 材料，在反應末端，液體經冷卻后，經過濾、洗滌、烘干后，得到磷酸亞鐵鋰成品。

具體地包括以下步驟：

1)將分析純的可溶二價鐵鹽、磷酸源、鋰源化合物，按照磷酸亞鐵鋰材料的化學計量 比，在惰性氣體的保護下，在配料罐中溶解于高速攪拌的純凈水，形成0.05-5M濃度的混合 液，所述濃度為相對磷酸亞鐵鋰濃度；

2)將得到的混合液經過0.5-5h攪拌后，液體經高壓泵加壓后，壓力達到5-15Kg/cm²， 利用高壓泵壓入熱管，壓力熱管盤疊放置在加熱容器中，加熱容器內部有加熱介質，維持在 140-200℃，混合液體在熱管內流動，與加熱介質發生熱交換，經過2-8小時的恒溫加熱后， 達到熱管末端，此時在高溫高壓的條件下形成了磷酸亞鐵鋰懸濁液；

3)磷酸亞鐵鋰懸濁液通過調節閥進入冷卻管，冷卻管放置在冷卻容器內，物料體系通 過冷卻容器內的冷卻水冷卻到100℃之下；

4)冷卻后的液體通過調節閥噴出，其中所含的固體物料經過濾、洗滌、烘干后，得到 磷酸亞鐵鋰材料成品。

所述的二價鐵鹽為七水硫酸亞鐵、氯化亞鐵或硝酸亞鐵中的一種。

所述的磷酸源為工業磷酸或磷酸二氫鋰中的一種。

所述的鋰源化合物為氫氧化鋰或磷酸二氫鋰中的一種。

所述的惰性氣體為氦氣或氬氣中的一種。

所述的加熱介質為熱空氣、過熱蒸氣或導熱油。

所述的壓力熱管由內徑5-25mm的耐壓不銹鋼盤管組成，熱管恒溫區長度按照流量設計， 保證高溫恒溫時間。

所述的二價鐵鹽為分析純。

其中磷酸二氫鋰可以同時作為磷酸源和鋰源。