专利名称：一种真空回转窑生产磷酸铁锂材料的工艺方法
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(LiFeP04)材料，它具有稳定的晶体结构。使用 LiFeP04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，LiFeP04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LiFeP04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 LiFeP04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縮小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 LixFeyMzPO4(x=0.95—l.l;y=0.9—l;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—80(TC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l、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B、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IO。
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—80(TC。
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，烧结时间可以縮短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。
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。
图3为实施例1中磷酸铁锂材料的扫描电子显微镜照片。
具体实施例方式
实施例1
以FeC204.2H20、 LiH2P04为主要原料，以1121103、 Mg(0H)2为搀杂物料， 按照LiFe,Ti謹Mgo.(nP04组成配料，原料共200kg左右。强力粉碎至300目， 再卧式球磨机球磨2小时，压成(J)8球形料丸，通过加料斗和螺旋加料器连续加
料。回转窑炉分为多个温区低温预烧区、中温区、高温烧结区、降温区。每
个温区单独PID控温。其中高温烧结区温度设定为76(TC。回转窑炉体长度8 米，内部旋转料桶直径(i)650mm。旋转料桶的倾角为5°、旋转速率5周/分钟。 物料自炉尾进料到炉头出料共计IO小时。高纯氮气自降温区部位的炉体通入， 流量1.5NmVh。炉体抽气口位于低温预烧区部位。炉膛内压力控制在10—2MP。 烧结完成的料丸落下至接料仓中。接料仓有水冷却系统。放入到出料仓中进一 步水冷却。关闭接料仓和出料仓之间的阀门，打开出料仓出料。再进行强力粉 碎，打3%的导电碳黑用搅拌球磨机进行球磨包覆处理。测试，包装，得到磷酸 铁锂产品。
实施例2
以FeC204.2H20、 NH4H2P04、 Li2C03为主要原料，以Ti02、 Mg(OH)2为搀 杂物料，按照LiFeo.98Ti謹Mg麵P04组成配料200kg，同时加入蔗糖6.7kg。强力 粉碎至300目，再卧式球磨机球磨2小时，压成(t)8球形料丸，关闭加料仓和进 料仓之间的阀门，将200kg料丸通过加料斗和螺旋加料器连续加料。回转窑炉 分为多个温区低温预烧区、中温区、高温烧结区、降温区。每个温区单独PID 控温。其中高温烧结区温度设定为76(TC。回转窑炉体长度8米，内部旋转料桶 直径4)650mm。旋转料桶的倾角为5°、旋转速率5周/分钟。物料自炉尾进料到 炉头出料共计12小时。高纯氮气自降温区部位的炉体通入，流量1.2NmVh。炉 体抽气口位于低温预烧区部位。炉膛内压力控制在10'2MP。烧结完成的料丸落 下至接料仓中。接料仓有水冷却系统。放入到出料仓中进一步水冷却。关闭接 料仓和出料仓之间的阀门，打开出料仓出料。再进行强力粉碎，打1.5%的导电 碳黑用搅拌球磨机进行球磨包覆处理。测试，包装，得到磷酸铁锂产品。
权利要求
1.一种真空回转窑生产磷酸铁锂材料的工艺方法，其特征在于采用一种连续式真空回转窑烧结制造磷酸铁锂材料。连续加料和连续出料，在烧结过程中物料随着回转窑内桶体的旋转而旋转和向前运动，均匀受热。实现完全的动态高效率烧结。
2. 根据权利要求1所述的一种真空回转窑生产磷酸铁锂材料的工艺方法， 其特征在于回转窑由螺旋进料器、加料斗、加料仓、进料仓、旋转桶体、接 料仓、出料仓、炉体、进气口、出气和抽气口、桶体外侧的大齿轮和与之啮合 的传动齿轮、托辊等构成。
3. 根据权利要求1所述的一种真空回转窑生产磷酸铁锂材料的工艺方法， 其特征在于回转窑桶体内设有螺旋纹，保证物料在桶体内有序前进。
4. 根据权利要求1所述的一种真空回转窑生产磷酸铁锂材料的工艺方法， 其特征在于旋转炉外炉体密封、抽真空和通入保护性气氛。
5. 根据权利要求1所述的一种真空回转窑生产磷酸铁锂材料的工艺方法， 其特征在于生产的工艺路线是配料、机械强力粉碎、搅拌球磨粉碎、压丸、 真空回转窑烧结、机械强力粉碎、球磨包覆导电碳、测试包装。
全文摘要
一种真空回转窑生产磷酸铁锂材料的工艺方法。本发明涉及到锂离子电池正极材料的工业化制造。其特征在于采用一种连续式真空回转窑烧结制造磷酸铁锂材料，实现动态烧结。解决了气氛保护推板窑、井式炉等静态烧结出现的材料过烧、生烧等难题。回转窑由螺旋进料器、加料斗、加料仓、进料仓、旋转桶体、接料仓、出料仓、炉体、进气口、出气和抽气口、桶体外侧的大齿轮和与之啮合的传动齿轮、托辊等构成。连续加料和连续出料。回转窑桶体内设有螺旋纹，物料在桶体内有序前进。旋转炉外炉体密封、抽真空和通入保护性气氛。工艺路线是配料、机械强力粉碎、搅拌球磨粉碎、压丸、真空回转窑烧结、机械强力粉碎、球磨包覆导电碳、测试包装。本发明生产磷酸铁锂材料，能耗低、效率高、产品品质好。
文档编号C01B25/45GK101186289SQ200610149109
公开日2008年5月28日 申请日期2006年11月17日 优先权日2006年11月17日
发明者喻维杰 申请人:喻维杰