[实用新型]一种磷酸铁锂正极材料制备装置

说明书

一种磷酸铁锂正极材料制备装置，包括原料均化部分、高温反应冷却部分和产品均化部分，高温反应冷却部分包括螺杆式反应器，螺杆式反应器连接冷却塔。本装置采用连续高温固相法生产磷酸铁锂，连续在螺杆式反应器中输送的物料提高了热能利用率，且相比传统方式，原料混合均匀性好，物料反应均匀；纳米化均化的原料提升了正极材料的充放电效率和稳定性本装置采用螺杆式反应器代替传统的间歇式加热设备（比如窑炉），降低了耗能，且反应稳定性好。

技术领域

本实用新型涉及磷酸铁锂正极材料制备技术领域，尤其是涉及一种磷酸铁锂正极材料制备装置。

背景技术

近年来，随着人们对环保问题的逐步重视，国家对环保的要求不断提高，新能源汽车和储能市场迅速发展，对电池的高安全性、高一致性、高合格率和低制造成本提出了更高的要求。作为锂离子电池的正极材料，钴酸锂、锰酸锂及其衍生物己经不同程度的得到了商业化。当然，对于传统锂离子电池正极材料的缺陷，人们一直在致力研究不断改良性能，但是，对于电动汽车和高负载电池来说，电池的利用率、正极材料的价格以及对环境的破坏能力都是非常重要的因素。因此，作为最有发展前景的锂离子电池正极材料，磷酸铁锂由于具有高比容量、循环性能良好、安全性好、成本低廉、无污染等特点，吸引了大量学者和行业界的关注，也是新一代锂离子电池正极材料重要品种。

LiFePO4为橄榄石型结构，为正交晶系，属Pbmn空间群，Fe与 Li形成FeO6和LiO6八面体，P形成PO4四面体。与c轴平行的Li+的为连续直线链，可以沿着c轴形成二维扩散运动，自由地脱出或嵌入。理论容量为170mAh/g，而实际容量仅有理论容量的81％左右。具有价格低廉、电化学性能好、对环境友好无污染等优点。

而大多数研究人员对磷酸铁锂的研究主要集中在三个方面：

1.为了提高磷酸铁锂的导电性所采取的措施：主要有碳包覆和金属离子掺杂。

2.为了提高锂离子的扩散速度，从而改变充电速度所采取的措施：需要控制颗粒的粒径。

3.为了控制纯度所做的措施：需要在反应过程中加惰性气体保护，控制反应温度，较低的反应温度不仅使成品粒径小，三价铁含量低，而且可以避免的形成。

磷酸铁锂正极材料的制备方法通常有固相法和液相法两种，由于液相法会造成大量的工业废水，所以固相法是最常见工业化的方法。固相法又可以分为高温固相法、碳热还原法和铁红法等种种不同的方法，由于高温固相法具有原料价格低，便于操作等优势，是很多工厂的选择。传统的高温固相法工艺比较落后，包括：原料混料——原料研磨——焙烧——中间品研磨——筛分——碳包覆——焙烧——成品研磨——成品筛分——产品等工艺流程。

上述工艺中，原料混料和均化一般用的是高速混合机，高速混合机有它的优势，但是间歇式的操作容易造成批次间的不稳定和同一批次的不完全均匀。原料混合不均匀造成反应不均匀，产品混合不均匀造成产品电化学性能差。而电化学性能是衡量正极材料优劣的一个很重要的指标。

焙烧用各种形式的电阻炉如辊道窑、推板窑、回转炉等设备。焙烧炉：1)通过热风传热，传热洗漱仅20千卡/m3.h.℃,热效率极低，一般情况下仅为50％，因此能耗高；2)投资大，年产5000吨磷酸铁锂至少需要4条加热炉生产线，投资3000万元以上；3)保护气用量大，正极材料在托盘上，炉内没有混合作用，对材料的均匀性产生很大影响，从而影响到其电化学性能和最终产品的比容量；4)由于产气量大，材料的压实密度无法保证，影响到产品的使用性能，大量的气体无法回收，直接排放至大气中去，造成大气的污染。