[发明专利]制造电化学活性材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制造电化学活性材料的方法，特别是设计一种循环连续式无碳还原-低温合成制备电化学活性材料的方法。

背景技术

优秀的锂离子电池至少应具有以下优点：高而稳定的工作电压、高的比能量、高的能量密度、长的循环寿命以及无记忆效应等。SONY公司于1990年推出的商品化锂离子电池，基本满足上述条件，因此，这种锂离子电池得以迅速推广，成为二次电池市场上的主流产品。目前移动电话、笔记本电脑和其它一些便携式电气设备大多使用锂离子电池作为电源，而且对它的需求还将持续增长.将来，电动汽车和大型储能电池都可能使用锂离子电池，这使锂离子电池的理论和应用研究进入加速发展的阶段。

锂离子电池中使用的材料主要包括正极材料(含活性物质和导电物质等)、负极材料、集流体和隔膜等。目前，商品化的锂离子电池中使用的正极活性物质仍然是以LiCoO₂为主，这种正极活性物质具有优异的电化学性能。然而，钴资源稀少、昂贵、有毒、生物学安全性差，不适合大规模的应用。因此，研究人员一直致力于研究新的正极活性物质，如磷酸亚铁锂(LiFePO₄)、磷酸钒锂(Li₃V₂(PO₄)₃)等。

磷酸亚铁锂(LiFePO₄)，它具有稳定的晶体结构，安全性好，循环性能特别好，不使用战略资源镍钴、价格低、材料无毒环保，由于其晶体结构稳定，耐过充和过放的能力强，被公认为制造高安全、低成本、长寿命的锂电池的最佳正极材料。磷酸钒锂(Li₃V₂(PO₄)₃)是一种高性能锂离子电池正极材料。它具有较高放电平台；较高的充放电容量，理论容量为197mAh/g，相比于其他锂离子电池正极材料，具有较大能量密度，良好的安全性能，并且价格低廉，被认为是未来最有前途的锂离子电池正极材料之一。

专利CN 101172597A提出了采用铁粉作为铁源，但采用磷酸二氢铵合成，其也排放污染气体。专利CN101172599提出采用碳包覆的方法还原氧化铁与磷酸组成的前驱体，合成磷酸亚铁锂，但是此制备技术前期工艺较为复杂，成本较高，且碳包覆无法达到均一稳定，合成产生大量二氧化碳，排放至大气中造成污染。

专利申请CN101106194于2008月1月16日公开了一种锂离子电池正极材料磷酸钒锂的制备方法，制备的磷酸钒锂基体，基体外包覆有碳材料，利用纳米颗粒二次成型液相法合成正极材料磷酸钒锂，简化了操作程序，但液相合成造成批次稳定性差，生产成本较高。

磷酸亚铁锂材料目前工业化生产采用的是湿法混合和喷雾干燥的方法，随后进行高温合成。此工艺，前期工序繁琐，成本较高，过程控制不稳定，造成批次性差异大，物料混合不均匀导致烧结反应不完全，消耗大量电能，生产效率低等问题。本发明由此而来。

发明内容

本发明目的是提供一种电化学活性材料的制造方法，加工反应时间短，能源耗费少，加工出的产品性能优良，同时可采用无碳合成工艺，提高了材料的纯度，减少了二氧化碳的排出，有利于环保。

为了解决现有技术中的烧结反应不完全，消耗大量电能，生产效率低等问题，本发明提供的技术方案是：

一种制造电化学活性材料的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

(1)将铁盐、锂盐或磷盐化合物按铁元素∶锂元素∶磷元素摩尔比为1∶1∶1的比例在振动球磨机中粉碎、混合，循环如上操作；

(2)在步骤(1)混匀工序之后，转入球磨回转炉中在惰性气氛下烧成。

优选的，所述方法步骤(1)中所述铁盐选自一种或两种以上的以下化合物：磷酸亚铁、四氧化三铁、三氧化二铁、氧化亚铁、氢氧化铁、草酸亚铁；所述锂盐选自一种或两种以上的以下化合物：碳酸锂、氢氧化锂、磷酸二氢锂、磷酸氢二锂、磷酸锂；所述磷盐选自一种或两种以上的以下化合物：磷酸亚铁、磷酸二氢氨、磷酸氢二氨、磷酸二氢锂、五氧化二磷。

优选的，所述振动球磨机包括磨筒，所述磨筒内设有球磨介质，所述磨筒两端设置有进料口和出料口，所述磨筒出料口通过循环送料管连接所述磨筒进料口，磨筒下端设置支撑磨筒的机座，所述机座与磨筒间设置减震弹簧。

优选的，所述磨筒为一个或多个具有球磨介质的振动桶体，振动桶体外侧设置驱动电机驱动的激振器，所述激振器启动后使磨筒内研磨介质共振研磨物料。