專利名稱：一種提高磷酸鐵鋰批量生產(chǎn)穩(wěn)定性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋰離子電池正極材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種提高磷酸鐵鋰批量生產(chǎn)穩(wěn)定性的方法。
背景技術(shù)：
1997年A. K. Padhi和J. B. Goodenough首先提出磷酸鐵鋰可以作為鋰離子電池的正極材料，并進(jìn)行了合成和電化學(xué)性能評(píng)估，最原始的磷酸鐵鋰專利掌握在 J. B. Goodenough 手中。2002 年 MIT 的 Chung 和 Yet-Ming Chiang 在 Nature 刊物上發(fā)表了高價(jià)離子摻雜的磷酸鐵鋰，通過摻雜該材料的電導(dǎo)率提高了 4-6個(gè)數(shù)量級(jí)，同時(shí)該技術(shù)也申請(qǐng)了專利。而提高電導(dǎo)率的另外一個(gè)技術(shù)途徑是碳包覆，該技術(shù)由法國(guó)人MArmand博士提出。以上三個(gè)磷酸鐵鋰技術(shù)構(gòu)成了現(xiàn)在磷酸鐵鋰生產(chǎn)的核心技術(shù)。另外，日本NTT和 SONY公司也有相關(guān)磷酸鐵鋰電池的專利保護(hù)。目前與磷酸鐵鋰相關(guān)的專利主要集中在工藝路線創(chuàng)新、導(dǎo)電性能提高、電極制備和電池組裝方面，目的是制備高性能、具有良好加工性能的磷酸鐵鋰材料和制備磷酸鐵鋰電池。而磷酸鐵鋰材料的性能高低可以應(yīng)用于不同檔次系列電池，但大規(guī)模生產(chǎn)的批次穩(wěn)定性將影響到各檔次電池的質(zhì)量。目前公知的磷酸鐵鋰批量生產(chǎn)過程中關(guān)鍵的燒結(jié)設(shè)備大多采用推板窯或箱式爐， 推板窯為將磷酸鐵鋰前驅(qū)體置于匣缽內(nèi)，匣缽置于30-40m長(zhǎng)的窯內(nèi)，窯內(nèi)設(shè)置有不同的溫區(qū)，匣缽在液壓推桿作用下前進(jìn)，每到一個(gè)溫區(qū)停留規(guī)定的時(shí)間，直至進(jìn)入降溫段后出料。 此種燒結(jié)方法本意為盡量接近間歇式的熱處理方式的同時(shí)實(shí)現(xiàn)連續(xù)式進(jìn)出料，但由于過程中前驅(qū)體在匣缽內(nèi)均為靜態(tài)熱處理，所處的不同點(diǎn)位受熱狀態(tài)不同，加之進(jìn)出料人工操作的介入，使得同爐生產(chǎn)出的批量磷酸鐵鋰產(chǎn)品性能差異較大，最終影響到電池的質(zhì)量。另一種批量磷酸鐵鋰燒結(jié)設(shè)備為回轉(zhuǎn)窯，磷酸鐵鋰前驅(qū)體通過真空上料機(jī)和多向螺旋輸送機(jī)進(jìn)入窯體，窯體自行轉(zhuǎn)動(dòng)并利用內(nèi)置抄板實(shí)現(xiàn)前驅(qū)體自動(dòng)前進(jìn)，在不同溫區(qū)停留規(guī)定的時(shí)間后進(jìn)入降溫段并自動(dòng)出料。回轉(zhuǎn)窯的應(yīng)用彌補(bǔ)了推板窯燒結(jié)的以下缺陷① 將人工介入程度降至最低、②氣氛保護(hù)氧含量可達(dá)PPm量級(jí)、③窯體長(zhǎng)度縮短了 50%以上、 ④動(dòng)力和惰性氣體消耗大幅度降低、⑤無匣缽損耗費(fèi)用支出等。但是，由于爐體工作時(shí)幾乎處于水平狀態(tài)，該方法制備出的磷酸鐵鋰材料比容量極差范圍值均大于3mAh/g的標(biāo)準(zhǔn)值， 仍沒有徹底解決同爐制備出的批量磷酸鐵鋰材料性能一致性問題，因此采用該材料制備電池時(shí)，需要經(jīng)常調(diào)整勻漿配比并且經(jīng)常測(cè)試，增加了人工費(fèi)，提高了產(chǎn)品成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供了一種提高磷酸鐵鋰批量生產(chǎn)穩(wěn)定性的方法，該方法制備出的磷酸鐵鋰材料比容量極差范圍值均小于3mAh/g的標(biāo)準(zhǔn)值， 解決了同爐制備出的批量磷酸鐵鋰材料性能一致性的問題，大規(guī)模生產(chǎn)電池中，無需附加操作，直接利用該方法制備的材料，即可制備出批次穩(wěn)定的磷酸鐵鋰蓄電池，降低了產(chǎn)品成本。
本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是—種提高磷酸鐵鋰批量生產(chǎn)穩(wěn)定性的方法，通過真空上料機(jī)和多向螺旋輸送機(jī)， 將制備好的磷酸鐵鋰前驅(qū)體以5_30kg/h的進(jìn)料速率進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯作為爐體的窯體內(nèi)，通過窯體內(nèi)置抄板使所述前驅(qū)體自動(dòng)前進(jìn)，窯體內(nèi)有不同的溫區(qū)，所述前驅(qū)體每到一個(gè)溫區(qū)停留2_5h，對(duì)所述前驅(qū)體進(jìn)行燒結(jié)，最后進(jìn)入降溫區(qū)冷卻后自動(dòng)出料，其特點(diǎn)是(1)將所述爐體的出料端手動(dòng)調(diào)節(jié)至低于爐體進(jìn)料端5-20cm，使?fàn)t體傾斜；(2)將窯體內(nèi)置抄板設(shè)置成0. I-Irpm的轉(zhuǎn)速自行轉(zhuǎn)動(dòng)；(3)將窯體內(nèi)的溫區(qū)設(shè)置為6個(gè)，前五個(gè)溫區(qū)從低溫區(qū) 200-300 °C 逐漸升至 300-400 V、400-500 V、500-600 V，到高溫區(qū) 600-800 °C，最后溫區(qū)為降溫區(qū)。本發(fā)明還可以采用如下技術(shù)措施所述降溫區(qū)為水冷降溫。本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是本發(fā)明通過調(diào)控爐體的傾斜度，在進(jìn)料速率、窯體內(nèi)置抄板自行轉(zhuǎn)動(dòng)以及溫區(qū)溫度的設(shè)置下，有效地控制了前驅(qū)體的平均厚度、行進(jìn)速率和高溫區(qū)停留時(shí)間，大幅度提高了磷酸鐵鋰的批次穩(wěn)定性，無需經(jīng)常調(diào)整勻漿配比并且經(jīng)常測(cè)試，降低了產(chǎn)品制作成本，非常適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實(shí)施例方式為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，詳細(xì)說明如下實(shí)施例1通過真空上料機(jī)和多向螺旋輸送機(jī)，將制備好的磷酸鐵鋰前驅(qū)體以10kg/h的進(jìn)料速率進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯作為爐體的窯體內(nèi)，將爐體的出料端手動(dòng)調(diào)節(jié)至低于爐體進(jìn)料端10cm， 使?fàn)t體傾斜，將窯體設(shè)置成0. Irpm的轉(zhuǎn)速自行轉(zhuǎn)動(dòng)，通過窯體內(nèi)置抄板使所述前驅(qū)體自動(dòng)前進(jìn)，對(duì)所述前驅(qū)體進(jìn)行燒結(jié)，窯體內(nèi)有6個(gè)不同的溫區(qū)，前五個(gè)溫區(qū)從低溫區(qū)200-300°C 逐漸升至高溫區(qū)600-800°C，最后溫區(qū)為降溫區(qū)，所述前驅(qū)體每到一個(gè)溫區(qū)停留2- ，最后在降溫區(qū)通過水冷降溫后自動(dòng)出料，即制備出批量生產(chǎn)穩(wěn)定性高的磷酸鐵鋰材料。產(chǎn)品穩(wěn)定出料后每隔20kg抽樣制備半電池，考察克比容量的極差均為2. ImAh/g，滿足制備穩(wěn)定性高的磷酸鐵鋰電池的使用要求。實(shí)施例2通過真空上料機(jī)和多向螺旋輸送機(jī)，將制備好的磷酸鐵鋰前驅(qū)體以10kg/h的進(jìn)料速率進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯作為爐體的窯體內(nèi)，將爐體的出料端手動(dòng)調(diào)節(jié)至低于爐體進(jìn)料端10cm， 使?fàn)t體傾斜，將窯體設(shè)置成0. 5rpm的轉(zhuǎn)速自行轉(zhuǎn)動(dòng)，通過窯體內(nèi)置抄板使所述前驅(qū)體自動(dòng)前進(jìn)，對(duì)所述前驅(qū)體進(jìn)行燒結(jié)，窯體內(nèi)有6個(gè)不同的溫區(qū)，前五個(gè)溫區(qū)從低溫區(qū)200-300°C 逐漸升至高溫區(qū)600-800°C，最后溫區(qū)為降溫區(qū)，所述前驅(qū)體每到一個(gè)溫區(qū)停留2- ，最后在降溫區(qū)通過水冷降溫后自動(dòng)出料，即制備出批量生產(chǎn)穩(wěn)定性高的磷酸鐵鋰材料。產(chǎn)品穩(wěn)定出料后每隔20kg抽樣制備半電池，考察克比容量的極差均為1. 2mAh/g，滿足制備穩(wěn)定性高的磷酸鐵鋰電池的使用要求。實(shí)施例3
通過真空上料機(jī)和多向螺旋輸送機(jī)，將制備好的磷酸鐵鋰前驅(qū)體以30kg/h的進(jìn)料速率進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯作為爐體的窯體內(nèi)，將爐體的出料端手動(dòng)調(diào)節(jié)至低于爐體進(jìn)料端10cm， 使?fàn)t體傾斜，將窯體設(shè)置成0. Irpm的轉(zhuǎn)速自行轉(zhuǎn)動(dòng)，通過窯體內(nèi)置抄板使所述前驅(qū)體自動(dòng)前進(jìn)，對(duì)所述前驅(qū)體進(jìn)行燒結(jié)，窯體內(nèi)有6個(gè)不同的溫區(qū)，前五個(gè)溫區(qū)從低溫區(qū)200-300°C 逐漸升至高溫區(qū)600-800°C，最后溫區(qū)為降溫區(qū)，所述前驅(qū)體每到一個(gè)溫區(qū)停留2- ，最后在降溫區(qū)通過水冷降溫后自動(dòng)出料，即制備出批量生產(chǎn)穩(wěn)定性高的磷酸鐵鋰材料。產(chǎn)品穩(wěn)定出料后每隔20kg抽樣制備半電池，考察克比容量的極差均為1. 2mAh/g，滿足制備穩(wěn)定性高的磷酸鐵鋰電池的使用要求。比較例1回轉(zhuǎn)爐工藝將前驅(qū)體以真空上料和螺旋輸送的方式進(jìn)料，進(jìn)料速度30kg/h，爐體轉(zhuǎn)速0. Irpm,高溫區(qū)停留10h，降溫得到磷酸鐵鋰產(chǎn)品。產(chǎn)品穩(wěn)定出料后每隔20kg抽樣制備半電池，考察克比容量的極差為4. 3mAh/g，采用該材料制備電池時(shí)，需要經(jīng)常調(diào)整勻漿配比并且經(jīng)常測(cè)試。比較例2推板爐工藝將實(shí)施例中相同的前驅(qū)體置于匣缽中Okg/匣缽)，推桿啟動(dòng)頻率保證物料在高溫區(qū)停留15小時(shí)，降溫得到磷酸鐵鋰產(chǎn)品。產(chǎn)品穩(wěn)定出料后每隔20kg抽樣制備半電池，考察克比容量的極差為3. 3mAh/g，采用該材料制備電池時(shí)，需要經(jīng)常調(diào)整勻漿配比并且經(jīng)常測(cè)試。比較例3間歇式箱式試驗(yàn)爐工藝爐內(nèi)不同位置和高度放置5個(gè)匣缽，惰性氣氛下6°C/min 升溫到700°C，高溫?zé)Y(jié)15h，降溫得到磷酸鐵鋰產(chǎn)品。產(chǎn)品穩(wěn)定出料后每隔20kg抽樣制備半電池，考察克比容量的極差為3. 3mAh/g，采用該材料制備電池時(shí)，需要經(jīng)常調(diào)整勻漿配比并且經(jīng)常測(cè)試。表1列出了不同實(shí)施例和比較例燒結(jié)出的磷酸鐵鋰材料的性能比較。表1不同實(shí)施例和比較例燒結(jié)出的磷酸鐵鋰材料的性能比較
權(quán)利要求
1.一種提高磷酸鐵鋰批量生產(chǎn)穩(wěn)定性的方法，通過真空上料機(jī)和多向螺旋輸送機(jī)， 將制備好的磷酸鐵鋰前驅(qū)體以5-30kg/h的進(jìn)料速率進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯作為爐體的窯體內(nèi)，通過窯體內(nèi)置抄板使所述前驅(qū)體自動(dòng)前進(jìn)，窯體內(nèi)有不同的溫區(qū)，所述前驅(qū)體每到一個(gè)溫區(qū)停留2-5h，對(duì)所述前驅(qū)體進(jìn)行燒結(jié)，最后進(jìn)入降溫區(qū)冷卻后自動(dòng)出料，其特征在于(1)將所述爐體的出料端手動(dòng)調(diào)節(jié)至低于爐體進(jìn)料端5-20cm，使?fàn)t體傾斜；(2)將窯體內(nèi)置抄板設(shè)置成0. I-Irpm的轉(zhuǎn)速自行轉(zhuǎn)動(dòng)；(3)將窯體內(nèi)的溫區(qū)設(shè)置為6個(gè)，前五個(gè)溫區(qū)從低溫區(qū) 200-300 °C 逐漸升至 300-400 V、400-500 V、500-600 V，到高溫區(qū) 600-800 °C，最后溫區(qū)為降溫區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成分均勻的磷酸鐵鋰前驅(qū)體制備方法，其特征在于所述降溫區(qū)為水冷降溫。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種提高磷酸鐵鋰批量生產(chǎn)穩(wěn)定性的方法，通過真空上料機(jī)和多向螺旋輸送機(jī)，將磷酸鐵鋰前驅(qū)體進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯作為爐體的窯體內(nèi)，爐體的出料端手動(dòng)調(diào)節(jié)至低于爐體進(jìn)料端5-20cm，使?fàn)t體傾斜；通過窯體內(nèi)置抄板使所述前驅(qū)體自動(dòng)前進(jìn)，窯體內(nèi)有6個(gè)不同的溫區(qū)，所述前驅(qū)體每到一個(gè)溫區(qū)停留2-5h，對(duì)所述前驅(qū)體進(jìn)行燒結(jié)，最后進(jìn)入降溫區(qū)冷卻后自動(dòng)出料。本發(fā)明通過調(diào)控爐體的傾斜度，在進(jìn)料速率、窯體內(nèi)置抄板自行轉(zhuǎn)動(dòng)以及溫區(qū)溫度的設(shè)置下，有效地控制了前驅(qū)體的平均厚度、行進(jìn)速率和高溫區(qū)停留時(shí)間，大幅度提高了磷酸鐵鋰的批次穩(wěn)定性，無需經(jīng)常調(diào)整勻漿配比并且經(jīng)常測(cè)試，降低了產(chǎn)品制作成本，非常適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)H01M4/1397GK102354744SQ20111029931
公開日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月8日
發(fā)明者付亞娟, 張志偉, 葛亮, 郝明明, 郭春雨, 韓宇 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十八研究所