[发明专利]利用超临界流体膨胀技术细化磷酸铁的方法及装置

说明书

本发明涉及一种利用超临界流体膨胀技术细化磷酸铁的方法及装置，将准备细化的磷酸铁粉体材料放置在带有搅拌装置的密封反应釜内，用高压泵将超临界的流体CO₂泵入反应釜，充分搅拌1‑20h，使超临界状态的CO₂与磷酸铁均匀混合成浆料，促进CO₂分子充分扩散和侵润进磷酸铁颗粒孔隙；然后将超临界流体混合物通过喷嘴在低压膨胀分离室快速喷出，包含在磷酸铁孔隙中的超临界CO₂分子在极短时间内膨胀，实现磷酸铁颗粒的快速崩解和分裂，进而形成大量粒径微小、粒度分布均匀的超细磷酸铁颗粒。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料制备领域，尤其涉及一种利用超临界流体膨胀技术细化磷酸铁的方法及装置。

背景技术

随着现代科技文化的快速发展和人口的不断膨胀，人类对能源的需求与日俱增，锂离子电池以其优异的性能获得了极广泛的应用。在锂离子电池正极材料中，磷酸铁锂(LiFePO₄)以其无毒、价廉、安全性好等优点受到广泛关注，尤其被认为是电动汽车用高能量电池的首选正极材料。但是，LiFePO₄正极材料较低的离子电导率和电子电导率等缺陷，限制了其在动力电池和储能电池领域的规模化生产和应用。

目前，改善LiFePO₄材料电化学性能的途径主要包括：细化颗粒、碳包覆、离子掺杂。其中，制备颗粒小且分布均匀的LiFePO₄材料是提高材料电化学性能的重要途径。颗粒越小，一方面Li⁺在固相中迁移的路径就越短，越有利于Li⁺的嵌入和嵌出；另一方面材料的活性比表面积增大，电化学反应活性增加。

作为制备LiFePO₄材料的前躯体，磷酸铁(FePO₄)的颗粒尺寸直接影响到LiFePO₄材料的颗粒大小，进而影响LiFePO₄材料的电化学性能，尤其是LiFePO₄材料的低温性能。因此，磷酸铁材料的细化尤为重要。一般行业内普遍认为，具有亚微米尺寸的磷酸铁才具有最好的性能。

超临界流体微粒细化技术是近十几年来发展起来的一项新技术，能够制造出粒径1～100nm间的超微粉体。利用超临界流体技术制备超微粉体具有产品纯度高，几何形状均一，粒径分布窄，颗粒团聚少；制造工艺简单，操作温度较低，适用材料范围广等。此技术开辟了制备超微粉体的新途径，是制备超微粉体的一种有效手段。

目前，超临界流体细化技术主要应用在制药领域，在锂离子正极材料制备方面应用还有待发展。CN 102847488 A公布了一种利用超临界流体制备超细粉体的装置和方法，CN102443882 B提供了一种应用超临界流体熔喷纺丝制备微孔LiFePO4/C类纤维的方法，CN101388454 B提供了一种利用超临界流体制备锂离子电池的碳包覆磷酸盐正极材料的方法。然而，在锂离子电池制备领域，利用超临界流体细化磷酸铁方面的研究还鲜有报道。

发明内容

本发明的目是，提供一种用超临界流体技术细化磷酸铁粉体的方法及装置。本发明的超临界流体为超临界的液体CO₂。在超临界状态下，CO₂分子能很好地扩散进磷酸铁晶体的孔隙中，随着外部压强瞬间降低甚至降为真空，超临界状态的CO₂分子急速膨胀，进而达到粉碎材料的目的。

本发明实现目的的技术方案如下：

本发明的优点和积极效果是：

本发明采用超临界流体CO₂，超临界的CO₂具有无毒、无味、不燃、廉价等特点；它既不污染环境，又不污染产品；它具有接近常温的临界状态，不会因为高温影响磷酸铁的性质，它的临界压力不是很高，不会因为过高的压力或者温度过低造成设备制造困难，因此应该优先选择超临界CO₂作为超临界流体。