一种低能耗磷酸铁锂的制备方法与流程

本发明属于磷酸铁锂制备，具体涉及一种低能耗磷酸铁锂的制备方法。

背景技术：

1、磷酸铁锂是一种锂离子电池正极材料，其特点是放电容量大、耐高温、安全性高、价格低廉、使用寿命长。近些年，其应用越来越广泛。但是磷酸铁锂的制备过程能耗大，尤其在烧结阶段。制备磷酸铁锂的化学反应属于固相反应，磷酸铁锂晶核的形成非常困难，目前工业化制备磷酸铁锂最常用的方法是高温固相法，在烧结阶段需要炉内温度达到800℃，并且反应时间持续十几个小时，整个烧结过程耗能大、效率低。

技术实现思路

1、本发明提供一种低能耗磷酸铁锂的制备方法，来解决上述问题。

2、本发明提供一种低能耗磷酸铁锂的制备方法，包括步骤：

3、(1)将铁源、磷源、锂源、碳源及掺杂金属离子按一定配比称量，然后加水混合搅拌，获得磷酸铁锂前驱体浆料；

4、(2)将所述磷酸铁锂前驱体浆料研磨至纳米级磷酸铁锂前驱体浆料；

5、(3)所述纳米级磷酸铁锂前驱体浆料经喷雾干燥、烧结、气流粉碎、筛分、除磁，得到低能耗磷酸铁锂。

6、作为本发明所述的低能耗磷酸铁锂的制备方法的一种优选方案，在步骤(1)中，所述铁源以fe计、磷源以p计、锂源以li计，所述铁源、磷源、锂源和掺杂金属离子的摩尔比为：0.95-1.55：0.95-1.55：0.95-1.55：0.001-0.01，所述碳源的加入量为所述铁源、磷源、锂源及掺杂金属离子的混合物总质量的6-15％。

7、作为本发明所述的低能耗磷酸铁锂的制备方法的一种优选方案，在步骤(1)中，所述铁源为硫酸铁、硝酸铁、柠檬酸铁、磷酸铁、氯化亚铁或三氧化二铁中的至少一种；所述锂源为草酸锂、硝酸锂、磷酸锂、碳酸锂或氢氧化锂中的至少一种；所述磷源为磷酸铁、磷酸锂、磷酸、磷酸二氢铵或磷酸氢二铵中的至少一种；所述碳源为葡萄糖、蔗糖、石墨烯或碳纳米管中的至少一种；所述掺杂金属离子为阳离子掺杂，所述掺杂金属离子为钛离子、锌离子、锰离子、铝离子、镍离子或钒离子中的至少一种。

8、作为本发明所述的低能耗磷酸铁锂的制备方法的一种优选方案，在所述步骤(1)中，所述搅拌的速度为300-500r/min，时间为0.5-1.5h。

9、作为本发明所述的低能耗磷酸铁锂的制备方法的一种优选方案，在步骤(3)中，所述烧结包括如下步骤：

10、s1将托板置于输送平台的上料端；

11、s2将所述纳米级磷酸铁锂前驱体浆料经喷雾干燥后获得的混合粉料装满石墨匣体，将多个所述石墨匣体码放于所述托板上，此时上层石墨匣体内的搅拌组件与其正下方的下层石墨匣体内的搅拌组件连接，相邻的石墨匣体之间留有导热间隙；

12、s3所述输送平台输送多个所述石墨匣体进入辊道窑；

13、s4所述辊道窑对所述混合粉料进行高温烧结处理；

14、s5对所述辊道窑降温，待烧结完毕后，所述输送平台送出所述托板，再通过机械臂倒出多个所述石墨匣体内的磷酸铁锂料。

15、作为本发明所述一种低能耗磷酸铁锂的制备方法的一种优选方案，在步骤s2中，所述石墨匣体的顶面四角处设有上托座、底面四角处设有下支座，所述上托座的内壁开设有l型的配合槽，所述下支座的结构尺寸与所述配合槽的结构尺寸相匹配，当所述上层石墨匣体放置于所述下层石墨匣体上时，所述上层石墨匣体的下支座嵌入所述下层石墨匣体的配合槽内。

16、作为本发明所述的低能耗磷酸铁锂的制备方法的一种优选方案，在步骤s2中，所述搅拌组件包括搅拌管、上搅拌杆、下搅拌杆、排气管和预留接头，所述搅拌管的上部设有用于滑动安装匣体密封组件的滑孔，所述上搅拌杆、下搅拌杆和排气管均贯穿所述搅拌管的中部侧壁，所述上搅拌杆与所述下搅拌杆呈上下设置，所述排气管设置在所述上搅拌杆和所述下搅拌杆之间，所述搅拌管的底端与所述预留接头的顶端连接，所述石墨匣体的内部底面中心处开设有中心孔，所述预留接头安装在所述中心孔内。

17、作为本发明所述的低能耗磷酸铁锂的制备方法的一种优选方案，在进行步骤s4时，同时进行以下操作：

18、将氮气充入所述辊道窑内，对所述高温烧结反应过程进行保护；

19、所述托板两侧的搅拌驱动组件驱动搅拌传动架进行间歇动作，所述间歇动作的持续时间为1-2h，所述搅拌传动架带动每个石墨匣体内的搅拌组件同时进行复合搅拌动作。

20、作为本发明所述的低能耗磷酸铁锂的制备方法的一种优选方案，所述搅拌传动架包括外框体、主动轮、第一传动轮、第二传动轮和导向轮，所述主动轮、第一传动轮、第二传动轮和导向轮依次安装于所述外框体内，所述搅拌驱动组件包括第一侧驱动组件和第二侧驱动组件，所述主动轮、第一传动轮、第二传动轮和导向轮通过传动带滚动连接，在所述第一传动轮和第二传动轮的正下方均设有叠放的石墨匣体，所述第一传动轮和第二传动轮的中心处分别贯穿有导气管，所述导气管的顶端与氮源连通，所述导气管的底端与正下方的搅拌组件插接，所述主动轮的下方垂直设置有第一支杆，所述导向轮的下方垂直设置有第二支杆，所述第一支杆的底端连接所述第一侧驱动组件，所述第二支杆的底端连接所述第二侧驱动组件，所述第一侧驱动组件带动所述第一支杆升降，所述第二侧驱动组件带动所述第二支杆升降。

21、作为本发明所述的低能耗磷酸铁锂的制备方法的一种优选方案，所述第一侧驱动组件包括第一基座、第一电动推杆和第一安装板，所述第一基座设置于所述托板的上表面的一侧，所述第一电动推杆安装在所述第一基座内，所述第一电动推杆的输出端设有所述第一安装板，所述第一电动推杆驱动所述第一安装板作升降运动，在所述第一安装板上固定设有驱动电机，所述第一支杆垂直安装于所述第一安装板上，所述驱动电机的输出轮通过传动皮带连接所述第一支杆外壁的主动副轮，当所述驱动电机启动，所述输出轮同步带动所述第一支杆转动；

22、所述第二侧驱动组件包括第二基座、第二电动推杆和第二安装板，所述第二基座设置于所述托板的上表面的另一侧，所述第二电动推杆安装在所述第二基座内，所述第二电动推杆的输出端设有所述第二安装板，所述第二电动推杆驱动所述第二安装板作升降运动，所述第二支杆垂直安装于所述第二安装板上，当所述驱动电机启动，所述输出轮同步带动所述第一支杆转动，所述主动轮通过所述传送带带动所述导向轮转动，所述导向轮带动所述第二支杆转动。

23、作为本发明所述的低能耗磷酸铁锂的制备方法的一种优选方案，所述间歇动作包括：

24、当所述搅拌驱动组件带动所述搅拌传动架向下运动时，所述导气管的底端插装于所述搅拌管的顶部，所述导气管下推所述匣体密封组件向下运动以密封所述石墨匣体，所述搅拌驱动组件带动所述搅拌传动架转动，所述第一传动轮和第二传动轮均通过所述导气管带动所述搅拌管转动，所述导气管将氮气传送至所述搅拌管内；当所述搅拌驱动组件带动所述搅拌传动架向上运动时，所述导气管离开所述搅拌管，所述匣体密封组件向上运动复位，使得热量通过所述导热间隙进入所述石墨匣体内。

25、作为本发明所述的低能耗磷酸铁锂的制备方法的一种优选方案，述匣体密封组件包括匣体密封板、上挡板、下挡板和收纳座，匣体密封板包括密封罩、连接板、外密封板和内环板，所述搅拌管的内部顶端设有密封环，所述密封环内开设有锥形的通孔，所述密封罩为锥形壳体结构，所述密封罩嵌入所述通孔内，所述密封罩的底端外边缘设有所述内环板，所述内环板滑动贴合于所述搅拌管的内壁，所述内环板的内部开设有多个导气孔，所述导气孔环形排布，所述内环板的外壁对称设有所述连接板，所述连接板滑动贯穿通孔，所述外密封板的中心处开设有圆孔，所述连接板的外端设于圆孔内壁，所述外密封板的上表面设有所述上挡板、下表面设有所述下挡板，所述上挡板和下挡板从外侧封堵对应的滑孔，所述收纳座设置于所述搅拌管的外壁，所述下挡板滑动嵌入于所述收纳座内，所述收纳座中设有驱动所述下挡板向上复位的弹簧。

26、本发明提出的一种低能耗磷酸铁锂的制备方法，与现有技术相比，优点在于：

27、1、在烧结时，磷酸铁锂前驱体中添加有金属离子，通过金属离子能够改变磷酸铁锂的晶型结构，加快磷酸铁锂晶核的形成速度，从而降低外部能耗；

28、2、在烧结过程进行复合搅拌动作可增加反应过程中的传热效率，使得磷酸铁锂前驱体粉料+金属离子混合料制热速度快、热分布均匀度高，金属离子的掺杂与烧结过程中的搅拌使反应更为高效、均匀，通过降低反应温度，降低反应时间来达到降低能耗的目的。