一種間歇式高真空動(dòng)態(tài)燒結(jié)制備磷酸鐵鋰的方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開一種間歇式高真空動(dòng)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(duì)磷酸鐵鋰前驅(qū)體進(jìn)行加熱，采用密封墊和耐高溫真空脂對(duì)爐頭和旋轉(zhuǎn)處進(jìn)行密封處理，加熱過程中，對(duì)回轉(zhuǎn)爐內(nèi)進(jìn)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，保持真空度為102~10-2pa，同時(shí)不停的旋轉(zhuǎn)爐體，加熱溫度為300-900℃，加熱時(shí)間為5-15h，加熱完成后，關(guān)閉真空泵和抽氣閥，向回轉(zhuǎn)爐內(nèi)通入惰性氣體，冷卻后取出。其制備的磷酸鐵鋰前驅(qū)體送入間歇式回轉(zhuǎn)爐中進(jìn)行真空燒結(jié)，整個(gè)過程中爐體內(nèi)通過多級(jí)真空泵快速抽真空保持高真空狀態(tài)，且粉料隨爐體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，達(dá)到動(dòng)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。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)公開ー種磷酸鐵鋰的制備方法，特別是。
技術(shù)介紹
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(duì)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(jià)格便宜、熱穩(wěn)定性好、對(duì)環(huán)境友好、無記憶性等優(yōu)點(diǎn)，而且其理論比容量相對(duì)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(diǎn)使得磷酸鐵鋰迅速成為目前理想的混合動(dòng)カ與電動(dòng)汽車高能量鋰電池、超大容量電源、風(fēng)能和太陽能等儲(chǔ)能設(shè)備中正極材料的發(fā)展方向。目前磷酸鐵鋰的高溫?zé)Y(jié)階段通常是采用靜態(tài)燒結(jié)與動(dòng)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(dòng)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(hào)為CN102403500A的專利中公開“ー種靜態(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?yàn)闊Y(jié)過程中會(huì)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(shí)排出，容易氧化爐體死角處的材料，且反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、升溫慢，得到的產(chǎn)品均勻性低等缺點(diǎn)；又因?yàn)槠涫窃诙栊詺夥障聼Y(jié)，由于氣體純度、批次間存在差異性，増加了很多不可控因素。如公開號(hào)為CN1948134的專利中公開“ー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(shí)抽出，但爐體在真空靜態(tài)燒結(jié)過程中，熱傳導(dǎo)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(jìn)料量少，導(dǎo)致工作效率低。公開號(hào)為CN101186289A的專利公開了“ー種真空回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)磷酸鐵鋰材料的エ藝方法”，其采用了真空動(dòng)態(tài)燒結(jié)的方式，通過爐體旋轉(zhuǎn)使物料翻動(dòng)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(yùn)行，但是其是采用連續(xù)進(jìn)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(shí)排出，易導(dǎo)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(jìn)入窯內(nèi)從而氧化物料；為了連續(xù)進(jìn)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(shí)際應(yīng)用過程中物料在爐體內(nèi)的停留時(shí)間不一致，從而使物料的均一性降低。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)上述提到的現(xiàn)有技術(shù)中的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)燒結(jié)磷酸鐵鋰材料過程中存在的諸多缺點(diǎn)，本專利技術(shù)提供一種新的間歇式高真空動(dòng)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(jìn)行真空燒結(jié)，整個(gè)過程中爐體內(nèi)通過多級(jí)真空泵快速抽真空保持高真空狀態(tài)，且粉料隨爐體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，達(dá)到動(dòng)態(tài)燒結(jié)的目的，是較適合エ業(yè)化制備鋰離子正極材料的ー種方法。本專利技術(shù)解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是，該方法為采用間歇式回轉(zhuǎn)爐對(duì)磷酸鐵鋰前驅(qū)體進(jìn)行加熱，同時(shí)不停的旋轉(zhuǎn)爐體，加熱過程中，爐體通過多級(jí)真空泵將回轉(zhuǎn)爐抽成真空，保持真空度為1(T 10_2pa，加熱溫度為300-900°C，加熱時(shí)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。本專利技術(shù)解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案進(jìn)ー步還包括 所述的磷酸鐵鋰前驅(qū)體包括化學(xué)計(jì)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，同吋，磷酸鐵鋰前驅(qū)體還包含有機(jī)碳源。 所述的鐵化合物為草酸亞鐵，鋰化合物為碳酸鋰，磷酸化合物為磷酸ニ氫銨。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(jìn)行密封處理。所述的升溫前對(duì)爐體進(jìn)行反復(fù)交替抽真空與充惰性氣體，惰性氣體為氮?dú)饣驓鍤狻Ｋ龅牧姿徼F鋰前驅(qū)體的粒徑為0. 5-50 u m。所述的整個(gè)燒結(jié)過程采用多級(jí)真空泵進(jìn)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10，10_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。本專利技術(shù)的有益效果是本專利技術(shù)可以解決下述諸多問題1.解決惰性氣體保護(hù)下靜態(tài)燒結(jié)時(shí)受熱不均，易產(chǎn)生氧化死角、惰性氣體的純度差異造成材料批次間不一致等問題；2.解決真空靜態(tài)燒結(jié)時(shí)傳熱效率低，進(jìn)料量少，堆積物料內(nèi)外受熱不均，升溫慢等問題；3.解決連續(xù)式回轉(zhuǎn)窯等動(dòng)態(tài)燒結(jié)設(shè)備存在的氣密性差，連續(xù)進(jìn)出料物料燒結(jié)停留時(shí)間不一致，無法實(shí)現(xiàn)高真空度等問題。本專利技術(shù)采用的間歇式高真空動(dòng)態(tài)燒結(jié)制備磷酸鐵鋰方法，與現(xiàn)有エ藝使用的惰性氣體保護(hù)靜態(tài)燒結(jié)、真空靜態(tài)燒結(jié)、連續(xù)式回轉(zhuǎn)窯、惰性氣體保護(hù)間歇式回轉(zhuǎn)爐等動(dòng)態(tài)燒結(jié)方法相比，具有如下突出的優(yōu)點(diǎn) I、與真空靜態(tài)燒結(jié)相比，本專利技術(shù)采用動(dòng)態(tài)燒結(jié)方式，物料在爐中隨爐體以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，能很好的解決靜態(tài)燒結(jié)方式出現(xiàn)的物料堆積、表層和里層受熱不均、出現(xiàn)夾生和團(tuán)聚的現(xiàn)象，同時(shí)，本專利技術(shù)中物料受熱充分，縮短了燒結(jié)的時(shí)間，降低了燒結(jié)溫度，節(jié)省成本。2、與惰性氣體保護(hù)燒結(jié)相比，本專利技術(shù)整個(gè)燒結(jié)過程保持高真空狀態(tài)，物料分解產(chǎn)生的大量氣體能及時(shí)充分的排出，防止了 Fe2+被氧化，避免其他副反應(yīng)的發(fā)生，保證了物料的純度，而采用惰性氣氛燒結(jié)時(shí)，因?yàn)樗捎玫亩栊詺怏w品質(zhì)批次間有可能不一致，這就給燒結(jié)過程帶來不可控因素，而且成本高。3、與連續(xù)式回轉(zhuǎn)窯燒結(jié)相比，本專利技術(shù)エ藝所采用的間歇式回轉(zhuǎn)爐，能保證產(chǎn)生的氧化性氣體及時(shí)排除，解決回轉(zhuǎn)窯燒結(jié)過程中容易氧化爐體后段物料，導(dǎo)致產(chǎn)物不純的問題。4、連續(xù)式回轉(zhuǎn)窯等的動(dòng)態(tài)燒結(jié)方式采用連續(xù)進(jìn)料和出料，物料翻轉(zhuǎn)的過程中不一定沿差相同的路徑出料，會(huì)導(dǎo)致物料燒結(jié)時(shí)間不一致，降低批次穩(wěn)定性。本專利技術(shù)エ藝采用間歇式進(jìn)料方式，統(tǒng)ー進(jìn)料和出料，保證每批物料的煅燒條件一致，充分燒結(jié)，整個(gè)爐體采用熱電偶加熱，分為多區(qū)，每區(qū)溫度分開調(diào)控，更能保持溫度的精度。5、采用連續(xù)式回轉(zhuǎn)窯等的動(dòng)態(tài)燒結(jié)方式，物料在爐體內(nèi)沿螺旋紋向前運(yùn)行，容易造成物料積留在螺旋紋處，造成燒結(jié)死角，導(dǎo)致出料成品不純的缺點(diǎn)。本專利技術(shù)エ藝采用的爐體內(nèi)表面光滑，物料只是隨爐體旋轉(zhuǎn)，不需前行，所有物料均在加熱區(qū)，能充分受熱。6、本專利技術(shù)采用間歇式高真空動(dòng)態(tài)燒 結(jié)制備磷酸鐵鋰方法生產(chǎn)的磷酸鐵鋰產(chǎn)品，粒徑均勻，振實(shí)密度大，電化學(xué)性能優(yōu)秀，成本低。下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本專利技術(shù)做進(jìn)ー步說明。附圖說明圖I為本專利技術(shù)實(shí)施例I所合成磷酸鐵鋰材料的SEM圖。圖2為本專利技術(shù)實(shí)施例I所合成磷酸鐵鋰材料的倍率性能圖。圖3為本專利技術(shù)實(shí)施例I所合成磷酸鐵鋰材料的循環(huán)性能圖。圖4為本專利技術(shù)實(shí)施例2所合成磷酸鐵鋰材料的SEM圖。圖5為本專利技術(shù)實(shí)施例2所合成磷酸鐵鋰材料的倍率性能圖。圖6為本專利技術(shù)實(shí)施例2所合成磷酸鐵鋰材料的循環(huán)性能圖。具體實(shí)施例方式本實(shí)施例為本專利技術(shù)優(yōu)選實(shí)施方式，其他凡其原理和基本結(jié)構(gòu)與本實(shí)施例相同或近似的，均在本專利技術(shù)保護(hù)范圍之內(nèi)。本專利技術(shù)主要是ー種間歇式高真空動(dòng)態(tài)燒結(jié)制備磷酸鐵鋰的方法，該方法主要為采用密封回轉(zhuǎn)爐對(duì)磷酸鐵鋰前驅(qū)體進(jìn)行加熱，并不停的旋轉(zhuǎn)爐體，使物料在燒結(jié)過程中隨爐以一定的轉(zhuǎn)速沿一定的方向旋轉(zhuǎn)和翻動(dòng)，受熱均勻，保證物料沒有燒結(jié)死角，避免出現(xiàn)夾生、受熱不均的現(xiàn)象。本實(shí)施例中，回轉(zhuǎn)爐的轉(zhuǎn)速為0.5轉(zhuǎn)/min-5轉(zhuǎn)/min。本本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種間歇式高真空動(dòng)態(tài)燒結(jié)制備磷酸鐵鋰的方法，其特征是：該方法為采用間歇式回轉(zhuǎn)爐對(duì)磷酸鐵鋰前驅(qū)體進(jìn)行加熱，放入前驅(qū)體后，對(duì)爐頭和旋轉(zhuǎn)處進(jìn)行密封處理，加熱過程中，對(duì)回轉(zhuǎn)爐內(nèi)進(jìn)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，保持真空度為102~10？2pa，同時(shí)不停的旋轉(zhuǎn)爐體，加熱溫度為300？900℃，加熱時(shí)間為5？15h，加熱完成后，關(guān)閉真空泵和抽氣閥，向回轉(zhuǎn)爐內(nèi)通入惰性氣體，冷卻后取出。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李朝林，徐劍暉，高媛，儀修玲，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：徐劍暉，
類型：發(fā)明
國別省市：