[发明专利]一种磷酸铁锂/碳复合材料的再生制备方法

说明书

本发明涉及一种磷酸铁锂/碳复合材料的再生制备方法，其方法步骤包括：将磷酸铁锂无氧烧结过程中发生氧化异常的粉料进行气流碰撞粉碎，充分破碎烧结团聚体并剥离材料表层不定型碳；粉碎的氧化烧结粉料经超声震动破碎分散并加以引风旋风分离不定性碳，得到氧化异常的磷酸铁锂材料；称取粉碎且剥离不定型碳的磷酸铁锂与碳源、锂盐混合，经高速研磨后对辊预压，无氧气氛烧结实现磷酸铁锂/碳复合材料的再生。本发明方法工艺简单，能耗低且再生产品性能优良，有利于降低磷酸铁锂材料生产过程氧化异常的报废率。

技术领域

本发明涉及电池材料制备技术领域，特别是一种磷酸铁锂/碳复合材料的再生制备方法。

背景技术

橄榄石型结构的磷酸铁锂是一种新型的锂离子电池正极材料，其理论容量为170mAh/g，对锂平台电压3.5V左右。磷酸铁锂中的强共价键作用使其在充放电过程中能保持晶体结构的高度稳定，因此具有比其他正极材料更高的安全性能和更长的循环使用寿命。此外磷酸铁锂材料的空间价键结构使其具有很强的热力学和动力学稳定性，在常压下的空气气氛中，加热至200℃仍然较为稳定。相对比于其他正极材料，磷酸铁锂优异的安全性能以及优异的循环稳定性，使得该材料有了更加广阔的应用领域并迅速彰显出其突出的竞争优势。

目前已经产业化的磷酸铁锂生产工艺多采用磷酸铁与锂盐混合加碳源进行无氧煅烧合成磷酸铁锂/碳复合材料。在生产过程中使用的设备多采用氮气填充的辊道窑炉等进行无氧烧结。随着对产能效率的追求使得生产设备不断地加大加长，在实际使用过程中由于设备故障等产生异常漏点，导致炉膛内部进入一定量的空气，高温煅烧阶段的物料因氧含量增加而加速了无定型碳的损失，甚至磷酸铁锂材料发生氧化，铁离子价态发生变化生成红色三价铁。由于生产设备追逐产量而导致设备发生故障不能及时停车，造成大批量磷酸铁锂材料氧化不合格。

在现有的公开技术里，主要以先将材料进行高温氧化然后还原处理。例如CN102208706 A（一种废旧磷酸铁锂电池正极材料的回收再生处理方法）考虑到废旧磷酸铁锂电池内部组分较为复杂，首先将废旧磷酸铁锂电池剥离收集废电池中的正极材料并进行高温有氧煅烧除去正极添加剂、碳以及其他物质，然后补加锂盐、碳源等进行混合研磨，最后将混合粉体置于非氧化性气氛中进行高温煅烧即可。

针对材料异常进行再生的方法，CN 102064366 A给出了类似的处理办法，其将废磷酸铁锂在空气中加热充分氧化，然后加入碳源混合并在保护气氛中进行高温煅烧冷却后取出得到目标产物。

上述现有的方法对正极极片以及异常磷酸铁锂材料都采用了高温氧化煅烧除杂筛选的方法，然后过氧化的粉体加锂盐和碳源进行无氧烧结还原得到目标产物，这无疑给材料制造过程增加了更多不可控风险并提高了材料再生难度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种磷酸铁锂/碳复合材料的再生制备方法，实现产业化生产过程中异常氧化磷酸铁锂/碳复合材料的再生，降低磷酸铁锂材料报废率，并降低材料再生过程中发生过烧以及过度还原或还原不彻底等风险。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种磷酸铁锂/碳复合材料的再生制备方法，包括以下步骤：

S1、收集磷酸铁锂/碳复合材料在烧结过程中发生氧化异常的烧结粉料，用气流粉碎装置对烧结粉料进行破碎，然后分级筛选出细粉料；

S2、将S1得到的细粉料进行超声震动破碎，同时通过回填引风气流将粉体输送至旋风分离机内，实现异常烧结磷酸铁锂细粉与其表面包覆碳的分离；

S3、采用元素分析法检测出S2分离的异常烧结磷酸铁锂细粉中锂、铁元素含量，通过添加锂盐使得混合物中锂、铁元素的摩尔比为1.1-1.2:1，随后加入碳源，干法搅拌混合均匀；

S4、将搅拌混合后的粉末充分研磨后预压，压实后置于无氧气氛保护下烧结，得到再生的磷酸铁锂/碳复合材料。