磷酸鐵鋰正極材料的製備方法

2023-05-10 08:33:21

專利名稱：磷酸鐵鋰正極材料的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種磷酸鐵鋰正極材料的製備方法，用於製備磷酸鐵鋰正極材料。
背景技術：
鋰離子電池作為性能卓越的新一代綠色高能電池，己經成為高新技術發展的重點之一， 並且已經應用到行動電話、筆記本電腦、數位相機、攝像機等眾多電子產品中。近年來由於 全球對環境保護的重視以及能源危機問題的關注，使得國內外都競相開發電動汽車、航天和 儲能等方面所需要的大容量鋰離子。傳統使用的氧化錳鋰、氧化鈷鋰正極材料安全性不好， 在大容量的動力電池使用時易發生危險。
橄欖石結構的磷酸鐵鋰(LiFeP04)因具有價格便宜、高安全性、對環境友好、充放電效 率高等一系列的優點，引起了人們極大的關注，特別是作為動力鋰離子電池正極材料，具有 無與倫比的優越性。近年來，隨著鋰離子動力電池得迅猛發展，LiFeP04正極材料展現出良 好的發展前景。
現有的各種磷酸鐵鋰製備方法， 一般分為固相製備法和液相製備法。固相法一般是將混 合好的原料在電爐中通過高溫燒結得到，例如中國專利CN101200289、 CN101229917、 CN1581537 、 CN1821064等的介紹，固相法工藝簡單，製備條件容易控制，易於工業化，其 應用最為廣泛，但是髙溫固相法合成磷酸鐵鋰存在以下缺陷產物顆粒不均勻，晶形無規則， 粒徑分布範圍廣，摻雜不均勾，易有副反應發生，導致產品純度降低。液相法一般通過液體 沉澱製備磷酸鐵鋰或前驅體。例如中國專利CN1431147、 C謂1152961、 CN101172598、 CN1632969等的介紹，這種合成方法具有品質均勻、成份穩定等特點，但存在產品製造周期 長，需要後續包覆處理，二價鐵容易氧化等問題，以上問題已成為磷酸鐵鋰工業化批量生產 性能不穩定的關鍵因素。

發明內容
本發明的目的在於提供一種磷酸鐵鋰正極材料的製備方法，反應原料能夠直接熔融，能 夠瞬間製備高度球形化、成份均勻、性能穩定的磷酸鐵鋰正極材料。
本發明所述的磷酸鐵鋰正極材料的製備方法，包括配料，其特徵在於將配料用等離子體 噴射技術噴射製成。等離子噴射技術，也稱直流電弧等離子噴射技術，是近年來發展起來的一種新型技術， 原理是通過真空系統預置真空後，引入等離子體工作氣體(一般為惰性氣體)，然後對陰
陽極間施加電壓放電，從而產生高溫等離子體，等離子體溫度可達5000'C以上。同時在等
離子腔內送入粉體顆粒狀的反應物料，反應物料被迅速熔融，短時間內高速碰撞，被噴射的 氣體帶出噴嘴。目前多用在塗層的製作上，通過噴嘴噴射在固體或基體的冷卻面上，形成塗 層。
本發明等離子體噴射技術可直接沿用等離子噴塗設備來完成，通過噴嘴噴射出的液滴自 然冷卻即可直接獲得磷酸鐵鋰正極材料粉體。
在等離子噴塗設備的噴射出口上連接封閉的噴射成型腔，噴射成型腔的長度最好設計為
8 15米，以保證熔融磷酸鐵鋰材料的充分冷卻。
等離子噴塗設備內腔和噴射成型腔中充有惰性氣體，惰性氣體為氦氣、氖氣和氬氣中的 一種或幾種，兩個腔中的惰性氣體可以是同一種，也可以不是同一種。
本發明中，磷酸鐵鋰正極材料按照通常的要求準備、配製反應物料，將分析純的二價鐵 源、磷酸鹽、鋰鹽、碳源組成的原料按化學計量比混合均勻，投入到球磨機中混合2 8個 小時，混合過程中加入酒精作為研磨介質。酒精和反應物料的重量比例為1-10:1。混磨後 的溼料最好經過0. OlMPa以下的真空處理，然後經過80-120'C溫度下的烘乾處理，烘乾4 12小時，獲得反應粉料備用。其中
二價鐵鹽為草酸亞鐵、醋酸亞鐵、碳酸亞鐵中的一種或兩種或三種任意比例的混合物， 磷酸鹽為磷酸二氫銨、磷酸氫二銨其中的一種或兩種的混合物，鋰鹽為碳酸鋰、磷酸二氫鋰、 氫氧化鋰中的一種或兩種或三種任意比例的混合物，碳源為石墨、乙炔黑、葡萄糖、蔗糖或 澱粉中的一種或幾種任意比例的混合物。
利用本發明製備方法，將反應物料投入到市售的等離子噴塗設備的送粉器中，通過刮板 送入等離子體噴射腔，利用噴射腔中高溫惰性氣體等離子體的瞬間加熱，即時反應迅速形成 磷酸鐵鋰成品，熔融的磷酸鐵鋰材料離開噴嘴後，噴射入充滿惰性氣體的封閉的噴射成型腔， 通過1-2秒鐘的自然冷卻和自由落體，凝固成球形的細微顆粒，通過調節噴射速度和噴嘴直 徑可獲得粒徑在1-10微米的磷酸鐵鋰粉料，經過進一步的粉碎、過篩，得到所需要的磷酸 鐵鋰正極材料成品。
利用本發明製得的磷酸鐵鋰正極材料具有較好的形貌，高度球形化，團聚較少，分散性 良好，粒徑較小，粒徑分布範圍窄，同時具有良好的充放電性能，並且性能穩定，反應充分， 獲得的產品純度高、成份均勻、性能穩定，批量生產性能穩定，易於工業化生產，生產周期短，效率高。
具體實施例方式
下面結合實施例對本發明作進一步說明。 實施例l
將100g按LiFeP04化學計量比混合均勻的分析純草酸亞鐵、磷酸二氫銨、氫氧化鋰、乙 炔黑組成的原料，加入100g無水酒精，投入到球磨機中混合2個小時，將混磨好的溼料在 O.OlMPa的真空中，80'C溫度下烘乾12小時，得到混合好的反應粉料備用；將反應粉料投 入到等離子噴塗設備的送粉器中，通過刮板送入等離子體噴射腔，利用高溫氦氣等離子體瞬 間加熱，反應粉料即時反應，迅速形成磷酸鐵鋰，噴射入8米長充滿氬氣的封閉的噴射成型 腔內，凝固成球形的細微顆粒，得到平均粒徑為1微米的磷酸鐵鋰正極粉料。 實施例2
將100Kg按LiFeP04化學計量比混合均勻的分析純醋酸亞鐵、磷酸氫二銨、碳酸鋰、乙 炔黑組成的原料，加入1000Kg無水酒精，投入到球磨機中混合8個小時，將混磨好的溼料 在0.005 MPa的真空中，120'C溫度下烘乾4小時，得到的混合好的反應粉料備用；將反應 粉料投入到等離子噴塗設備的送粉器中，通過刮板送入等離子體噴射腔，利用高溫氬氣等離 子體瞬間加熱，反應粉料即時反應，迅速形成磷酸鐵鋰，噴射入15米長充滿氦氣的封閉的 噴射成型腔內，凝固成球形的細微顆粒，得到平均粒徑為io微米的磷酸鐵鋰正極粉料。
實施例3
將50 Kg按LiFeP04化學計量比混合均勻的分析純草酸亞鐵、醋酸亞鐵、磷酸氫二銨、 碳酸鋰、氫氧化鋰、乙炔黑組成的原料，加入250 Kg無水酒精，投入到球磨機中混磨6個 小時，將混合好的溼料在0. 008 MPa的真空中，100'C溫度下烘乾6小時，得到混合好的反 應粉料備用；將反應粉料投入到等離子噴塗設備的送粉器中，通過刮板送入等離子體噴射腔， 利用高溫氖氣等離子體瞬間加熱，反應粉料即時反應，迅速形成磷酸鐵鋰，噴射入10米長 充滿氬氣的封閉的噴射成型腔內，凝固成球形的細微顆粒，得到平均粒徑為5微米的磷酸鐵 鋰正極粉料。
權利要求
1、一種磷酸鐵鋰正極材料的製備方法，包括配料，其特徵在於將配料用等離子體噴射技術噴射製成。
2、 根據權利要求1所述的磷酸鐵鋰正極材料的製備方法，其特徵在於等離子體噴射技 術由等離子噴塗設備完成。
3、 根據權利要求2所述的磷酸鐵鋰正極材料的製備方法，其特徵在於等離子噴塗設備 的噴射出口上連接封閉的噴射成型腔。
4、 根據權利要求3所述的磷酸鐵鋰正極材料的製備方法，其特徵在於噴射成型腔的長 度為8 15米。
5、 根據權利要求3或4所述的磷酸鐵鋰正極材料的製備方法，其特徵在於等離子噴塗 設備內腔和噴射成型腔中充有惰性氣體。
全文摘要
本發明涉及一種磷酸鐵鋰正極材料的製備方法，用於製備磷酸鐵鋰正極材料，包括配料，將配料用等離子體噴射技術噴射製成，等離子體噴射技術由等離子噴塗設備完成，等離子噴塗設備的噴射出口上連接封閉的噴射成型腔，噴射成型腔的長度為8～15米，等離子噴塗設備內腔和噴射成型腔中充有惰性氣體。反應原料能夠直接熔融，能夠瞬間製備高度球形化、成份均勻、性能穩定的磷酸鐵鋰正極材料。
文檔編號C23C4/12GK101604747SQ200910016089
公開日2009年12月16日 申請日期2009年7月7日 優先權日2009年7月7日
發明者強 劉, 張美華, 李雲霞 申請人:劉 強;張美華;李雲霞