[发明专利]一种使用气氛回转窑进行烧结制备磷酸铁锂的方法

说明书

本发明公开了一种使用气氛回转窑进行烧结制备磷酸铁锂的方法，包括以下步骤：（1）把氧化焙烧好的磷酸铁锂废粉先进行配料，加入纯水中进行二段球磨，把合格后的球磨料喷雾干燥，得到磷酸铁锂前驱体；（2）将步骤（1）所得的磷酸铁锂前驱体加入回转窑中进行烧结，烧结氧浓度1.5‑5ppm，烧结炉膛压力5‑20Pa，磷酸铁锂前驱体物料的体积所占回转窑空间的1/6‑1/4，回转窑烧结后得到磷酸铁锂烧结料。本发明创造性地在磷酸铁锂废粉修复过程中使用回转窑对喷雾前驱体进行动态烧结，碳的包覆性能得到明显改善，压实密度和比表面积明显提高，极大地提高了产品的物料性能和电化学性能。

技术领域

本发明涉及资源绿色环保回收技术领域，具体讲是一种使用气氛回转窑进行烧结制备磷酸铁锂的方法。

背景技术

磷酸铁锂（LiFePO₄或LFP）作为一种新型的锂离子电池正极材料，它具有橄榄石型结构，晶体结构稳定，因此循环性能良好，电池可以充放电循环超过3000次。同时磷酸铁锂材料来源广泛、价格便宜、理论比容量高、热稳定性好、对环境友好和安全可靠等优良特征，以其制作得到的磷酸铁锂电池被广泛应用于新能源动力电池。磷酸铁锂被公认为是制造高安全、低成本、长寿命的大容量或高功率动力锂离子电池和大容量储能锂离子电池的最佳正极材料。

早期电动汽车装备的动力电池主要以磷酸铁锂电池为主，尤其是在电动客车的电池使用上，磷酸铁锂正极材料达到85%以上，可供回收的废旧磷酸铁锂资源比较充足，金属有效回收和剩余能量的利用都将带来可观的经济效益。

目前废旧LFPBs材料的再生技术和原生磷酸铁锂的制备技术在工业化生产中大部分都采用固相法合成，固相合成法中的一个重要的工序烧结使用设备通常采用辊道窑，为半连续式生产；在半工业化生产中也有使用气氛保护式的井式炉或升降炉进行间断性生产，此类烧结法都属于静态烧结方法，烧结过程中物料是静止不动的，这样的烧结在烧结过程中受热不均一、有过烧和生烧现象，过烧使颗粒变大，生烧导致材料结晶度不完善，同时同一个钵子中烧结出来的磷酸铁锂产品中上下部分的材料中碳含量明显存在差异，最终导致材料一致性较差，作为包覆用的碳中无效碳增加，也会导致材料比表面积增加，压实密度减小，材料的加工性能较差。

一种真空回转窑生产磷酸铁锂材料的工艺方法（申请号200610149109.7）的发明专利提到使用真空回转窑对对草酸亚铁、磷酸二氢锂（或磷酸二氢铵+碳酸锂）+掺杂物料氢氧化镁+钛化合物为原料，并以LiFe_0.98Ti_0.01PO₄配料的前驱体进行烧结，一定程度上解决了产品的过烧和生烧，产品一致性相对有好转，但因炉体内氧浓、炉压未得到较好控制，产品的物理指标未得到充分发挥，同时内旋转桶休为310S为不锈钢材料，并设有螺旋纹突起，因不锈钢在高温下不断磨损，有金属铁产生，产品磁性物质难以控制，0.5C电流放电实际克容量仅达130mAh/g，电化学性能偏差。

一种磷酸铁锂制备方法（申请号201310253068.6）提到使用球磨回转窑来对物料同时进行分组研磨、烧结，使物料受热均匀，保证了磷酸铁锂成品的物相和粒度的均一性，并利用旋风预热装置节约了能耗、节省了烧结时间、提高了生产效率，但本方法中使用球磨旋转窑需要在回转窑内部安装磨碎介质（如钢球）、多级分筛板等球磨和筛分装置，明显增加了回转窑的承重制造成本，同时在高温条件下进行球磨和筛分，设备磨损增大，导致产品中的磁性物质大大增加；烧结好的物料通过卸料篦板进入冷却机，物料在未冷却的情况下进行卸料，增加了产品的氧化可能，同时产品中的水分也难以控制，目前市场对磷酸铁锂产品磁性物质控制在1ppm和水分500ppm以内，因此本方法难以满足市场对产品的要求。

综上所述，如何对磷酸铁锂材料进行烧结，使材料的结晶度、粒度达到材料的要求，并保持产品一致性稳定，同时改善碳的包覆效果，消除无效碳，从而提高材料的物理性能，材料的加工性能得到提升，并与碳包覆相结合的方法进行共同改性，提高再生磷酸铁锂正极材料的电化学性能、导电性能及其物理性能的研究具有重大意义。

发明内容