[发明专利]一种锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种动力锂离子电池用正极材料的连续制备方法，具体说，是一种利用高压 水热液体的流动，连续制备磷酸亚铁锂材料的方法。

背景技术

磷酸亚铁锂(LiFePO₄)材料是新一代的锂离子电池正极材料，具有资源丰富、价格低 廉、在过充过放电等极端条件下安全稳定、放电平台特性好，循环寿命高等优点，以及成为 目前国内外公认的动力电池优秀候选材料。国内外对其进行了大量的研究，特别是对其合成 工艺、掺杂特性、碳包覆方法等进行了大量的研究。目前国内可以检索到的专利超过200个 。近年来，以锂离子电池为动力的电动汽车、电动工具、储能电池等产业都得到较快的发展 ，对磷酸亚铁锂材料的需求也越来越大。

磷酸亚铁锂正极材料的制备，可以简单地分为固相法和液相法。固相法又分为直接固相 法和碳热还原法。前者一般是用二价铁为原料，经过烧结制成成品。后者一般采用三价铁作 为原料，通过反应过程中的物料还原，将三价铁还原为二价铁，制成磷酸亚铁锂成品。液相 法是指通过溶液间离子的反应，生成磷酸亚铁锂或前驱体，然后通过热处理制成成品。液相 法没有粉体颗粒间原子的扩散过程，可以在反应离子均匀分散的条件下实现物料的合成，成 份较固相法更均匀，稳定，特别适用于离子掺杂型磷酸亚铁锂材料的制备。CN101209820、 CN101209819、CN101106189、CN101117216、CN101121509等专利分别提出了制造前驱体和磷 酸亚铁锂成品的工艺方法。以上方法都是利用反应釜，通过一定的气氛、温度或压力条件实 现反应。但用于实际生产时，存在加热时间长、搅拌和反应条件难以控制、不能连续式出料 、传热慢、能耗高等问题。以上问题是液相合成法的不能迅速实现工业化批量生产的关键。 例如利用常规水热法技术生产时，主要能耗用于反复加热反应体系和容器，造成了能源的巨 大浪费。大型反应釜内壁较厚，更限制了热量的传输，也是造成体系能耗较高、品质不稳定 的主要因素。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种连续生产，性能极其稳定，适宜于工业化大批 量生产的锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂的制备方法。

为达到上述目的，本发明一种锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂的制备方法，包括以下步 骤：将反应液体混合均匀后加压，然后通过外加热的热管，利用热管中液体的连续流动和热 管外的加热，使反应原料在流动过程中混合、晶体成核、长大，实现连续地合成磷酸亚铁锂 材料，在反应末端，液体经冷却后，经过滤、洗涤、烘干后，得到磷酸亚铁锂成品。

具体地包括以下步骤：

1)将分析纯的可溶二价铁盐、磷酸源、锂源化合物，按照磷酸亚铁锂材料的化学计量 比，在惰性气体的保护下，在配料罐中溶解于高速搅拌的纯净水，形成0.05-5M浓度的混合 液，所述浓度为相对磷酸亚铁锂浓度；

2)将得到的混合液经过0.5-5h搅拌后，液体经高压泵加压后，压力达到5-15Kg/cm²， 利用高压泵压入热管，压力热管盘叠放置在加热容器中，加热容器内部有加热介质，维持在 140-200℃，混合液体在热管内流动，与加热介质发生热交换，经过2-8小时的恒温加热后， 达到热管末端，此时在高温高压的条件下形成了磷酸亚铁锂悬浊液；

3)磷酸亚铁锂悬浊液通过调节阀进入冷却管，冷却管放置在冷却容器内，物料体系通 过冷却容器内的冷却水冷却到100℃之下；

4)冷却后的液体通过调节阀喷出，其中所含的固体物料经过滤、洗涤、烘干后，得到 磷酸亚铁锂材料成品。

所述的二价铁盐为七水硫酸亚铁、氯化亚铁或硝酸亚铁中的一种。

所述的磷酸源为工业磷酸或磷酸二氢锂中的一种。

所述的锂源化合物为氢氧化锂或磷酸二氢锂中的一种。

所述的惰性气体为氦气或氩气中的一种。

所述的加热介质为热空气、过热蒸气或导热油。

所述的压力热管由内径5-25mm的耐压不锈钢盘管组成，热管恒温区长度按照流量设计， 保证高温恒温时间。

所述的二价铁盐为分析纯。

其中磷酸二氢锂可以同时作为磷酸源和锂源。