[發(fā)明專利]一種間歇式高真空動態(tài)燒結(jié)制備磷酸鐵鋰的方法

有效

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• 申請日: 2012-09-29
• 公開（公告）號: CN102856551A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李朝林;徐劍暉;高媛;儀修玲
• 申請（專利權(quán)）人: 徐劍暉
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;C01B25/45
• 代理公司: 深圳市千納專利代理有限公司 44218
• 代理人: 劉海軍

技術(shù)領(lǐng)域

????本發(fā)明公開一種磷酸鐵鋰的制備方法，特別是一種間歇式高真空動態(tài)燒結(jié)制備磷酸鐵鋰的方法。

背景技術(shù)

隨著鋰離子電池在人們生活中的應(yīng)用越來越廣泛，鋰離子電池材料也得到很大的發(fā)展，尤其是對磷酸鐵鋰電池正極材料，磷酸鐵鋰正極材料具有來源廣泛、價格便宜、熱穩(wěn)定性好、對環(huán)境友好、無記憶性等優(yōu)點，而且其理論比容量相對較高(170mAh/g)，能產(chǎn)生3.4V(vs．Li/?Li⁺)的電壓，在全充電狀態(tài)下具有良好的熱穩(wěn)定性和優(yōu)良的充放電循環(huán)性能，而且制備出來的電池安全性能好。這些突出的優(yōu)點使得磷酸鐵鋰迅速成為目前理想的混合動力與電動汽車高能量鋰電池、超大容量電源、風能和太陽能等儲能設(shè)備中正極材料的發(fā)展方向。

目前磷酸鐵鋰的高溫燒結(jié)階段通常是采用靜態(tài)燒結(jié)與動態(tài)燒結(jié)兩種方法，靜態(tài)燒結(jié)采用的燒結(jié)爐有：管式爐、推板窯、網(wǎng)帶爐、鋼帶爐、真空爐等，動態(tài)燒結(jié)采用的燒結(jié)爐為：連續(xù)式回轉(zhuǎn)爐和間歇式回轉(zhuǎn)爐。如公開號為CN102403500A的專利中公開“一種靜態(tài)混合管式反應(yīng)器制備磷酸鐵鋰材料的方法”：由于采用靜態(tài)煅燒，因為燒結(jié)過程中會產(chǎn)生物料堆積，容易出現(xiàn)夾生，表層和里層受熱不均等現(xiàn)象，產(chǎn)生的氧化性氣體不能及時排出，容易氧化爐體死角處的材料，且反應(yīng)時間長、升溫慢，得到的產(chǎn)品均勻性低等缺點；又因為其是在惰性氣氛下燒結(jié)，由于氣體純度、批次間存在差異性，增加了很多不可控因素。如公開號為CN1948134的專利中公開“一種真空碳熱還原法合成磷酸鐵鋰的方法”：采用真空靜態(tài)燒結(jié)方式，不需惰性氣體，產(chǎn)生的氧化性氣體能及時抽出，但爐體在真空靜態(tài)燒結(jié)過程中，熱傳導方式為輻射式傳熱，傳熱效率低，更容易造成堆積物料內(nèi)外受熱不均的現(xiàn)象，必須緩慢升溫以保證溫度均一性，且降溫速度慢、進料量少，導致工作效率低。公開號為CN101186289A的專利公開了“一種真空回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)磷酸鐵鋰材料的工藝方法”，其采用了真空動態(tài)燒結(jié)的方式，通過爐體旋轉(zhuǎn)使物料翻動從而改善了受熱不均的問題，且燒結(jié)過程在一定真空狀態(tài)下運行，但是其是采用連續(xù)進出料的方式，因此無法使窯體內(nèi)保持高真空，窯體內(nèi)的真空度只能控制在10^-2MPa，燒結(jié)過程中產(chǎn)生的氧化性氣體仍然不能及時排出，易導致部分物料被氧化；且由于連續(xù)式回轉(zhuǎn)窯密封性差，窯內(nèi)氣壓低于外界，易使外界空氣進入窯內(nèi)從而氧化物料；為了連續(xù)進出料，爐體內(nèi)為螺旋狀紋，物料容易積留，產(chǎn)生燒結(jié)死角，在實際應(yīng)用過程中物料在爐體內(nèi)的停留時間不一致，從而使物料的均一性降低。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述提到的現(xiàn)有技術(shù)中的靜態(tài)或動態(tài)燒結(jié)磷酸鐵鋰材料過程中存在的諸多缺點，本發(fā)明提供一種新的間歇式高真空動態(tài)燒結(jié)制備磷酸鐵鋰的方法，其制備的磷酸鐵鋰前驅(qū)體送入間歇式回轉(zhuǎn)爐中進行真空燒結(jié)，整個過程中爐體內(nèi)通過多級真空泵快速抽真空保持高真空狀態(tài)，且粉料隨爐體進行旋轉(zhuǎn)，達到動態(tài)燒結(jié)的目的，是較適合工業(yè)化制備鋰離子正極材料的一種方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是：一種間歇式高真空動態(tài)燒結(jié)制備磷酸鐵鋰的方法，該方法為采用間歇式回轉(zhuǎn)爐對磷酸鐵鋰前驅(qū)體進行加熱，同時不停的旋轉(zhuǎn)爐體，加熱過程中，爐體通過多級真空泵將回轉(zhuǎn)爐抽成真空，保持真空度為10²~10^-2pa，加熱溫度為300-900℃，加熱時間為5-15h，加熱完成后，關(guān)閉真空泵，繼續(xù)向回轉(zhuǎn)爐內(nèi)通入惰性氣體，冷卻后取出。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案進一步還包括：

所述的磷酸鐵鋰前驅(qū)體包括化學計量比為Fe：Li：P=1：1：1的鐵化合物、鋰化合物和磷酸化合物。

所述的鐵化合物和磷酸化合物為磷酸鐵，鋰化合物為碳酸鋰，同時，磷酸鐵鋰前驅(qū)體還包含有機碳源。

所述的鐵化合物為草酸亞鐵，鋰化合物為碳酸鋰，磷酸化合物為磷酸二氫銨。

所述的鐵化合物為氧化鐵，鋰化合物為碳酸鋰，磷酸化合物為磷酸。

所述的間歇式回轉(zhuǎn)爐的爐頭和旋轉(zhuǎn)處通過密封墊和耐高溫真空脂進行密封處理。

所述的升溫前對爐體進行反復交替抽真空與充惰性氣體，惰性氣體為氮氣或氬氣。

所述的磷酸鐵鋰前驅(qū)體的粒徑為0.5-50μm。

所述的整個燒結(jié)過程采用多級真空泵進行抽真空，迅速抽出燒結(jié)過程中產(chǎn)生的氧化性氣體及水氣，保持高真空狀態(tài)，真空度在10²~10^-2pa。

所述的回轉(zhuǎn)爐爐體旋轉(zhuǎn)速度為0.5轉(zhuǎn)/min-5轉(zhuǎn)/min。