專利名稱：磷酸鐵鋰正極材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，用于制備磷酸鐵鋰正極材料。
背景技術(shù)：
鋰離子電池作為性能卓越的新一代綠色高能電池，己經(jīng)成為高新技術(shù)發(fā)展的重點之一， 并且已經(jīng)應(yīng)用到移動電話、筆記本電腦、數(shù)碼相機、攝像機等眾多電子產(chǎn)品中。近年來由于 全球?qū)Νh(huán)境保護的重視以及能源危機問題的關(guān)注，使得國內(nèi)外都競相開發(fā)電動汽車、航天和 儲能等方面所需要的大容量鋰離子。傳統(tǒng)使用的氧化錳鋰、氧化鈷鋰正極材料安全性不好， 在大容量的動力電池使用時易發(fā)生危險。
橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰(LiFeP04)因具有價格便宜、高安全性、對環(huán)境友好、充放電效 率高等一系列的優(yōu)點，引起了人們極大的關(guān)注，特別是作為動力鋰離子電池正極材料，具有 無與倫比的優(yōu)越性。近年來，隨著鋰離子動力電池得迅猛發(fā)展，LiFeP04正極材料展現(xiàn)出良 好的發(fā)展前景。
現(xiàn)有的各種磷酸鐵鋰制備方法， 一般分為固相制備法和液相制備法。固相法一般是將混 合好的原料在電爐中通過高溫燒結(jié)得到，例如中國專利CN101200289、 CN101229917、 CN1581537 、 CN1821064等的介紹，固相法工藝簡單，制備條件容易控制，易于工業(yè)化，其 應(yīng)用最為廣泛，但是髙溫固相法合成磷酸鐵鋰存在以下缺陷產(chǎn)物顆粒不均勻，晶形無規(guī)則， 粒徑分布范圍廣，摻雜不均勾，易有副反應(yīng)發(fā)生，導致產(chǎn)品純度降低。液相法一般通過液體 沉淀制備磷酸鐵鋰或前驅(qū)體。例如中國專利CN1431147、 C謂1152961、 CN101172598、 CN1632969等的介紹，這種合成方法具有品質(zhì)均勻、成份穩(wěn)定等特點，但存在產(chǎn)品制造周期 長，需要后續(xù)包覆處理，二價鐵容易氧化等問題，以上問題已成為磷酸鐵鋰工業(yè)化批量生產(chǎn) 性能不穩(wěn)定的關(guān)鍵因素。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，反應(yīng)原料能夠直接熔融，能 夠瞬間制備高度球形化、成份均勻、性能穩(wěn)定的磷酸鐵鋰正極材料。
本發(fā)明所述的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，包括配料，其特征在于將配料用等離子體 噴射技術(shù)噴射制成。等離子噴射技術(shù)，也稱直流電弧等離子噴射技術(shù)，是近年來發(fā)展起來的一種新型技術(shù)， 原理是通過真空系統(tǒng)預(yù)置真空后，引入等離子體工作氣體(一般為惰性氣體)，然后對陰
陽極間施加電壓放電，從而產(chǎn)生高溫等離子體，等離子體溫度可達5000'C以上。同時在等
離子腔內(nèi)送入粉體顆粒狀的反應(yīng)物料，反應(yīng)物料被迅速熔融，短時間內(nèi)高速碰撞，被噴射的 氣體帶出噴嘴。目前多用在涂層的制作上，通過噴嘴噴射在固體或基體的冷卻面上，形成涂 層。
本發(fā)明等離子體噴射技術(shù)可直接沿用等離子噴涂設(shè)備來完成，通過噴嘴噴射出的液滴自 然冷卻即可直接獲得磷酸鐵鋰正極材料粉體。
在等離子噴涂設(shè)備的噴射出口上連接封閉的噴射成型腔，噴射成型腔的長度最好設(shè)計為
8 15米，以保證熔融磷酸鐵鋰材料的充分冷卻。
等離子噴涂設(shè)備內(nèi)腔和噴射成型腔中充有惰性氣體，惰性氣體為氦氣、氖氣和氬氣中的 一種或幾種，兩個腔中的惰性氣體可以是同一種，也可以不是同一種。
本發(fā)明中，磷酸鐵鋰正極材料按照通常的要求準備、配制反應(yīng)物料，將分析純的二價鐵 源、磷酸鹽、鋰鹽、碳源組成的原料按化學計量比混合均勻，投入到球磨機中混合2 8個 小時，混合過程中加入酒精作為研磨介質(zhì)。酒精和反應(yīng)物料的重量比例為1-10:1?；炷ズ?的濕料最好經(jīng)過0. OlMPa以下的真空處理，然后經(jīng)過80-120'C溫度下的烘干處理，烘干4 12小時，獲得反應(yīng)粉料備用。其中
二價鐵鹽為草酸亞鐵、醋酸亞鐵、碳酸亞鐵中的一種或兩種或三種任意比例的混合物， 磷酸鹽為磷酸二氫銨、磷酸氫二銨其中的一種或兩種的混合物，鋰鹽為碳酸鋰、磷酸二氫鋰、 氫氧化鋰中的一種或兩種或三種任意比例的混合物，碳源為石墨、乙炔黑、葡萄糖、蔗糖或 淀粉中的一種或幾種任意比例的混合物。
利用本發(fā)明制備方法，將反應(yīng)物料投入到市售的等離子噴涂設(shè)備的送粉器中，通過刮板 送入等離子體噴射腔，利用噴射腔中高溫惰性氣體等離子體的瞬間加熱，即時反應(yīng)迅速形成 磷酸鐵鋰成品，熔融的磷酸鐵鋰材料離開噴嘴后，噴射入充滿惰性氣體的封閉的噴射成型腔， 通過1-2秒鐘的自然冷卻和自由落體，凝固成球形的細微顆粒，通過調(diào)節(jié)噴射速度和噴嘴直 徑可獲得粒徑在1-10微米的磷酸鐵鋰粉料，經(jīng)過進一步的粉碎、過篩，得到所需要的磷酸 鐵鋰正極材料成品。
利用本發(fā)明制得的磷酸鐵鋰正極材料具有較好的形貌，高度球形化，團聚較少，分散性 良好，粒徑較小，粒徑分布范圍窄，同時具有良好的充放電性能，并且性能穩(wěn)定，反應(yīng)充分， 獲得的產(chǎn)品純度高、成份均勻、性能穩(wěn)定，批量生產(chǎn)性能穩(wěn)定，易于工業(yè)化生產(chǎn)，生產(chǎn)周期短，效率高。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明。 實施例l
將100g按LiFeP04化學計量比混合均勻的分析純草酸亞鐵、磷酸二氫銨、氫氧化鋰、乙 炔黑組成的原料，加入100g無水酒精，投入到球磨機中混合2個小時，將混磨好的濕料在 O.OlMPa的真空中，80'C溫度下烘干12小時，得到混合好的反應(yīng)粉料備用；將反應(yīng)粉料投 入到等離子噴涂設(shè)備的送粉器中，通過刮板送入等離子體噴射腔，利用高溫氦氣等離子體瞬 間加熱，反應(yīng)粉料即時反應(yīng)，迅速形成磷酸鐵鋰，噴射入8米長充滿氬氣的封閉的噴射成型 腔內(nèi)，凝固成球形的細微顆粒，得到平均粒徑為1微米的磷酸鐵鋰正極粉料。 實施例2
將100Kg按LiFeP04化學計量比混合均勻的分析純醋酸亞鐵、磷酸氫二銨、碳酸鋰、乙 炔黑組成的原料，加入1000Kg無水酒精，投入到球磨機中混合8個小時，將混磨好的濕料 在0.005 MPa的真空中，120'C溫度下烘干4小時，得到的混合好的反應(yīng)粉料備用；將反應(yīng) 粉料投入到等離子噴涂設(shè)備的送粉器中，通過刮板送入等離子體噴射腔，利用高溫氬氣等離 子體瞬間加熱，反應(yīng)粉料即時反應(yīng)，迅速形成磷酸鐵鋰，噴射入15米長充滿氦氣的封閉的 噴射成型腔內(nèi)，凝固成球形的細微顆粒，得到平均粒徑為io微米的磷酸鐵鋰正極粉料。
實施例3
將50 Kg按LiFeP04化學計量比混合均勻的分析純草酸亞鐵、醋酸亞鐵、磷酸氫二銨、 碳酸鋰、氫氧化鋰、乙炔黑組成的原料，加入250 Kg無水酒精，投入到球磨機中混磨6個 小時，將混合好的濕料在0. 008 MPa的真空中，100'C溫度下烘干6小時，得到混合好的反 應(yīng)粉料備用；將反應(yīng)粉料投入到等離子噴涂設(shè)備的送粉器中，通過刮板送入等離子體噴射腔， 利用高溫氖氣等離子體瞬間加熱，反應(yīng)粉料即時反應(yīng)，迅速形成磷酸鐵鋰，噴射入10米長 充滿氬氣的封閉的噴射成型腔內(nèi)，凝固成球形的細微顆粒，得到平均粒徑為5微米的磷酸鐵 鋰正極粉料。
權(quán)利要求
1、一種磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，包括配料，其特征在于將配料用等離子體噴射技術(shù)噴射制成。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于等離子體噴射技 術(shù)由等離子噴涂設(shè)備完成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于等離子噴涂設(shè)備 的噴射出口上連接封閉的噴射成型腔。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于噴射成型腔的長 度為8 15米。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于等離子噴涂 設(shè)備內(nèi)腔和噴射成型腔中充有惰性氣體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，用于制備磷酸鐵鋰正極材料，包括配料，將配料用等離子體噴射技術(shù)噴射制成，等離子體噴射技術(shù)由等離子噴涂設(shè)備完成，等離子噴涂設(shè)備的噴射出口上連接封閉的噴射成型腔，噴射成型腔的長度為8～15米，等離子噴涂設(shè)備內(nèi)腔和噴射成型腔中充有惰性氣體。反應(yīng)原料能夠直接熔融，能夠瞬間制備高度球形化、成份均勻、性能穩(wěn)定的磷酸鐵鋰正極材料。
文檔編號C23C4/12GK101604747SQ200910016089
公開日2009年12月16日 申請日期2009年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月7日
發(fā)明者強 劉, 張美華, 李云霞 申請人:劉 強;張美華;李云霞