[发明专利]一种真空回转窑生产磷酸铁锂材料的工艺方法

说明书

技术领域

本发明属于能源材料领域中锂离子电池的一种正极材料的工业化生产的工艺方法。

背景技术

橄榄石型结构的磷酸铁锂(LiFePO₄)材料，它具有稳定的晶体结构。使用LiFePO4为正极材料的动力锂离子电池表现为特别好的循环性能，电池可以充放电循环2000次。磷酸铁锂电池的耐过充和过放电能力强，电池很容易通过3C5V的过充测试。在锂离子电池所有正极材料中，LiFePO₄表现为最佳的安全性能，可以制造单体容量300Ah以上的高容量电池。由粉体材料特殊制造工艺制造的亚微米粒径的高比表面积的LiFePO₄材料，其制造的电池可以进行高倍率20C大电流充放电。该材料的理论克容量为170mAh/g，0.5C电流放电实际克容量可以高达130mAh/g。该材料的原料资源丰富、低廉，材料无毒环保。磷酸铁锂它被公认为是制造高安全、低成本、长寿命的大容量或高功率动力锂离子电池和大容量储能锂离子电池的最佳正极材料。

目前工业化生产磷酸铁锂材料的方法有：采用气氛保护式推板窑或辊道窑(隧道窑)半连续式生产；采用气氛保护式升降炉或井式炉间隙式生产。以上都是属于静态烧结方法，烧结过程中物料是静止不动的，这样材料的烧结在烧结过程中受热不均一、有过烧和生烧同时出现的夹生现象。材料过烧将出现有异常长大颗粒。由于此材料的电子传导和离子传导性能都不好，异常长大的LiFePO₄颗粒中的Li⁺是难以完全脱嵌出来和嵌入进去的，因此大大影响材料的充放电容量。生烧的材料，结晶不好，材料的循环性能很差。烧结不均一有过烧和生烧现象，这是所有静态方法的致命缺点。同时静态烧结方法生产磷酸铁锂材料烧结时间很长、能耗高、生产效率低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的静态烧结技术的缺点而提供一种连续式回转窑真空烧结制造磷酸铁锂材料的工艺方法。物料的连续加入和连续出料，在烧结过程中物料随着回转窑桶体的旋转而旋转和向前运动，受热均匀。实现完全的动态高效率烧结。烧结时间比现有的静态烧结方法要缩小1倍。产品表现为特别均一的形貌结构和很好的一致性，电化学性能优秀。

本发明的具体步骤为：将铁源化合物、磷源化合物、锂源化合物以及所需要搀杂金属离子或复合相的金属氧化物、氢氧化物或碳酸盐、草酸盐，按照Li_xFe_yM_zPO₄(x＝0.95-1.1；y＝0.9-1；z＝0-0.1)，混料，强力粉碎，球磨进一步粉碎，压丸，装如特殊设计的真空连续式回转窑的料仓中。经过真空回转炉在600-800℃烧结5-15小时，烧结完成的物料连续进入封闭的接料仓，在接料仓和出料仓中水冷却，从出料仓中出料。再经过粉碎、加碳球磨包覆后，检测包装。

本发明所使用的特殊设计的连续式真空回转窑，包括加料斗1、加料仓3、进料仓4、旋转桶体2、螺旋进料器12、接料仓8、出料仓9、炉体13、进气口7、出气口5、出气和抽气口14、桶体外侧的大齿轮6和与之啮合的传动齿轮11、托辊10。

回转窑体整体的倾角可以自动调节，内旋转桶体的旋转速率可以连续调节。内旋转桶体为310S不锈钢材料，内设有螺旋纹突起，保证物料随着桶体的旋转而旋转和向前移动、前进有序，受热均匀反应充分。圆柱型炉体中布有炉丝，PID程序控制温度。整个加热炉体外焊接密封，接真空抽气口和高纯保护气体进气口。回转炉桶体旋转速度为0.1-15周/分钟。炉体加热温度在600-800℃。

本发明采用特殊设计的真空回转窑炉进行动态烧结所生产出磷酸铁锂材料，与目前气氛保护推板窑或井式炉等静态烧结工艺相比较，具有如下特出的优势：

1.真空回转窑炉进行动态烧结，物料受热均匀，产品具有特别均一的初级粒子颗粒结构，初级粒子没有异常长大现象。

2.加热效率高，没有过烧、生烧现象，烧结时间可以缩短1倍。大大提高生产效率，降低生产能耗。

3.产品的一致性和工艺的可重复性大大提高，产品的品质大幅度提高。

4.不使用陶瓷料盒，杜绝陶瓷料盒可能带来的外来杂质影响。

5.真空回转窑炉进行动态烧结生产的磷酸铁锂产品在制造锂离子电池时，表现为很好的材料加工性能和更出色的电化学性能。

附图说明

图1为真空回转窑炉的结构示意图。

图2为实施例1中磷酸铁锂材料的X射线衍射图。