专利名称：一种提高磷酸铁锂批量生产稳定性的方法
技术领域：
本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，尤其是涉及一种提高磷酸铁锂批量生产稳定性的方法。
背景技术：
1997年A. K. Padhi和J. B. Goodenough首先提出磷酸铁锂可以作为锂离子电池的正极材料，并进行了合成和电化学性能评估，最原始的磷酸铁锂专利掌握在 J. B. Goodenough 手中。2002 年 MIT 的 Chung 和 Yet-Ming Chiang 在 Nature 刊物上发表了高价离子掺杂的磷酸铁锂，通过掺杂该材料的电导率提高了 4-6个数量级，同时该技术也申请了专利。而提高电导率的另外一个技术途径是碳包覆，该技术由法国人MArmand博士提出。以上三个磷酸铁锂技术构成了现在磷酸铁锂生产的核心技术。另外，日本NTT和 SONY公司也有相关磷酸铁锂电池的专利保护。目前与磷酸铁锂相关的专利主要集中在工艺路线创新、导电性能提高、电极制备和电池组装方面，目的是制备高性能、具有良好加工性能的磷酸铁锂材料和制备磷酸铁锂电池。而磷酸铁锂材料的性能高低可以应用于不同档次系列电池，但大规模生产的批次稳定性将影响到各档次电池的质量。目前公知的磷酸铁锂批量生产过程中关键的烧结设备大多采用推板窑或箱式炉， 推板窑为将磷酸铁锂前驱体置于匣钵内，匣钵置于30-40m长的窑内，窑内设置有不同的温区，匣钵在液压推杆作用下前进，每到一个温区停留规定的时间，直至进入降温段后出料。 此种烧结方法本意为尽量接近间歇式的热处理方式的同时实现连续式进出料，但由于过程中前驱体在匣钵内均为静态热处理，所处的不同点位受热状态不同，加之进出料人工操作的介入，使得同炉生产出的批量磷酸铁锂产品性能差异较大，最终影响到电池的质量。另一种批量磷酸铁锂烧结设备为回转窑，磷酸铁锂前驱体通过真空上料机和多向螺旋输送机进入窑体，窑体自行转动并利用内置抄板实现前驱体自动前进，在不同温区停留规定的时间后进入降温段并自动出料。回转窑的应用弥补了推板窑烧结的以下缺陷① 将人工介入程度降至最低、②气氛保护氧含量可达PPm量级、③窑体长度缩短了 50%以上、 ④动力和惰性气体消耗大幅度降低、⑤无匣钵损耗费用支出等。但是，由于炉体工作时几乎处于水平状态，该方法制备出的磷酸铁锂材料比容量极差范围值均大于3mAh/g的标准值， 仍没有彻底解决同炉制备出的批量磷酸铁锂材料性能一致性问题，因此采用该材料制备电池时，需要经常调整勻浆配比并且经常测试，增加了人工费，提高了产品成本。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供了一种提高磷酸铁锂批量生产稳定性的方法，该方法制备出的磷酸铁锂材料比容量极差范围值均小于3mAh/g的标准值， 解决了同炉制备出的批量磷酸铁锂材料性能一致性的问题，大规模生产电池中，无需附加操作，直接利用该方法制备的材料，即可制备出批次稳定的磷酸铁锂蓄电池，降低了产品成本。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是—种提高磷酸铁锂批量生产稳定性的方法，通过真空上料机和多向螺旋输送机， 将制备好的磷酸铁锂前驱体以5_30kg/h的进料速率进入回转窑作为炉体的窑体内，通过窑体内置抄板使所述前驱体自动前进，窑体内有不同的温区，所述前驱体每到一个温区停留2_5h，对所述前驱体进行烧结，最后进入降温区冷却后自动出料，其特点是(1)将所述炉体的出料端手动调节至低于炉体进料端5-20cm，使炉体倾斜；(2)将窑体内置抄板设置成0. I-Irpm的转速自行转动；(3)将窑体内的温区设置为6个，前五个温区从低温区 200-300 °C 逐渐升至 300-400 V、400-500 V、500-600 V，到高温区 600-800 °C，最后温区为降温区。本发明还可以采用如下技术措施所述降温区为水冷降温。本发明具有的优点和积极效果是本发明通过调控炉体的倾斜度，在进料速率、窑体内置抄板自行转动以及温区温度的设置下，有效地控制了前驱体的平均厚度、行进速率和高温区停留时间，大幅度提高了磷酸铁锂的批次稳定性，无需经常调整勻浆配比并且经常测试，降低了产品制作成本，非常适合大规模工业化生产。
具体实施例方式为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，详细说明如下实施例1通过真空上料机和多向螺旋输送机，将制备好的磷酸铁锂前驱体以10kg/h的进料速率进入回转窑作为炉体的窑体内，将炉体的出料端手动调节至低于炉体进料端10cm， 使炉体倾斜，将窑体设置成0. Irpm的转速自行转动，通过窑体内置抄板使所述前驱体自动前进，对所述前驱体进行烧结，窑体内有6个不同的温区，前五个温区从低温区200-300°C 逐渐升至高温区600-800°C，最后温区为降温区，所述前驱体每到一个温区停留2- ，最后在降温区通过水冷降温后自动出料，即制备出批量生产稳定性高的磷酸铁锂材料。产品稳定出料后每隔20kg抽样制备半电池，考察克比容量的极差均为2. ImAh/g，满足制备稳定性高的磷酸铁锂电池的使用要求。实施例2通过真空上料机和多向螺旋输送机，将制备好的磷酸铁锂前驱体以10kg/h的进料速率进入回转窑作为炉体的窑体内，将炉体的出料端手动调节至低于炉体进料端10cm， 使炉体倾斜，将窑体设置成0. 5rpm的转速自行转动，通过窑体内置抄板使所述前驱体自动前进，对所述前驱体进行烧结，窑体内有6个不同的温区，前五个温区从低温区200-300°C 逐渐升至高温区600-800°C，最后温区为降温区，所述前驱体每到一个温区停留2- ，最后在降温区通过水冷降温后自动出料，即制备出批量生产稳定性高的磷酸铁锂材料。产品稳定出料后每隔20kg抽样制备半电池，考察克比容量的极差均为1. 2mAh/g，满足制备稳定性高的磷酸铁锂电池的使用要求。实施例3
通过真空上料机和多向螺旋输送机，将制备好的磷酸铁锂前驱体以30kg/h的进料速率进入回转窑作为炉体的窑体内，将炉体的出料端手动调节至低于炉体进料端10cm， 使炉体倾斜，将窑体设置成0. Irpm的转速自行转动，通过窑体内置抄板使所述前驱体自动前进，对所述前驱体进行烧结，窑体内有6个不同的温区，前五个温区从低温区200-300°C 逐渐升至高温区600-800°C，最后温区为降温区，所述前驱体每到一个温区停留2- ，最后在降温区通过水冷降温后自动出料，即制备出批量生产稳定性高的磷酸铁锂材料。产品稳定出料后每隔20kg抽样制备半电池，考察克比容量的极差均为1. 2mAh/g，满足制备稳定性高的磷酸铁锂电池的使用要求。比较例1回转炉工艺将前驱体以真空上料和螺旋输送的方式进料，进料速度30kg/h，炉体转速0. Irpm,高温区停留10h，降温得到磷酸铁锂产品。产品稳定出料后每隔20kg抽样制备半电池，考察克比容量的极差为4. 3mAh/g，采用该材料制备电池时，需要经常调整勻浆配比并且经常测试。比较例2推板炉工艺将实施例中相同的前驱体置于匣钵中Okg/匣钵)，推杆启动频率保证物料在高温区停留15小时，降温得到磷酸铁锂产品。产品稳定出料后每隔20kg抽样制备半电池，考察克比容量的极差为3. 3mAh/g，采用该材料制备电池时，需要经常调整勻浆配比并且经常测试。比较例3间歇式箱式试验炉工艺炉内不同位置和高度放置5个匣钵，惰性气氛下6°C/min 升温到700°C，高温烧结15h，降温得到磷酸铁锂产品。产品稳定出料后每隔20kg抽样制备半电池，考察克比容量的极差为3. 3mAh/g，采用该材料制备电池时，需要经常调整勻浆配比并且经常测试。表1列出了不同实施例和比较例烧结出的磷酸铁锂材料的性能比较。表1不同实施例和比较例烧结出的磷酸铁锂材料的性能比较
权利要求
1.一种提高磷酸铁锂批量生产稳定性的方法，通过真空上料机和多向螺旋输送机， 将制备好的磷酸铁锂前驱体以5-30kg/h的进料速率进入回转窑作为炉体的窑体内，通过窑体内置抄板使所述前驱体自动前进，窑体内有不同的温区，所述前驱体每到一个温区停留2-5h，对所述前驱体进行烧结，最后进入降温区冷却后自动出料，其特征在于(1)将所述炉体的出料端手动调节至低于炉体进料端5-20cm，使炉体倾斜；(2)将窑体内置抄板设置成0. I-Irpm的转速自行转动；(3)将窑体内的温区设置为6个，前五个温区从低温区 200-300 °C 逐渐升至 300-400 V、400-500 V、500-600 V，到高温区 600-800 °C，最后温区为降温区。
2.根据权利要求1所述的成分均勻的磷酸铁锂前驱体制备方法，其特征在于所述降温区为水冷降温。
全文摘要
本发明涉及一种提高磷酸铁锂批量生产稳定性的方法，通过真空上料机和多向螺旋输送机，将磷酸铁锂前驱体进入回转窑作为炉体的窑体内，炉体的出料端手动调节至低于炉体进料端5-20cm，使炉体倾斜；通过窑体内置抄板使所述前驱体自动前进，窑体内有6个不同的温区，所述前驱体每到一个温区停留2-5h，对所述前驱体进行烧结，最后进入降温区冷却后自动出料。本发明通过调控炉体的倾斜度，在进料速率、窑体内置抄板自行转动以及温区温度的设置下，有效地控制了前驱体的平均厚度、行进速率和高温区停留时间，大幅度提高了磷酸铁锂的批次稳定性，无需经常调整匀浆配比并且经常测试，降低了产品制作成本，非常适合大规模工业化生产。
文档编号H01M4/1397GK102354744SQ20111029931
公开日2012年2月15日 申请日期2011年10月8日 优先权日2011年10月8日
发明者付亚娟, 张志伟, 葛亮, 郝明明, 郭春雨, 韩宇 申请人:中国电子科技集团公司第十八研究所