專利名稱：一步法生產(chǎn)磷酸鐵鋰正極材料的專用設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于電池領(lǐng)域，涉及磷酸鐵鋰正極材料，尤其是一種一步法工業(yè)化生 產(chǎn)磷酸鐵鋰正極材料的專用設(shè)備。
背景技術(shù)：
以磷酸鐵鋰為正極材料的鋰離子電池具有使用安全、無毒環(huán)保、能量密度大、循 環(huán)性能優(yōu)異、無自放電、無記憶效應(yīng)、優(yōu)異的大功率充放電等性能，以及價格適中、原材料 來源廣泛等優(yōu)點，是目前鋰電池業(yè)競相研究開發(fā)的熱點，也深受各發(fā)達(dá)國家政府的關(guān)心 和支持。目前，磷酸鐵鋰材料的合成方法通常包括高溫固相反應(yīng)法[Takahashi Masaya, Tobishima Shinichi, Takei Koji, et al. J. Power Sources, 97-98，508 (2001)]、溶膠-凝 膠合成法[F. Croce, A. D. Epifanio, J. Hassoun, et al. Electrochemical and Solid-State Letters，2002，5 (3)，47 (2002)]、水熱合成法[S. F. Yang, P. Y. Zavalij, Μ. S. ffhittingham, Electrochemistry Communications, 3, 505 (2001) ][J. Barker, M. Y. Saidi, J. L. Swoyer, Electrochemical and Solid-State Letters, 6 (3), 53 (2003)]等。溶膠-凝 膠法生產(chǎn)周期長，并且干燥時體積收縮過大；水熱合成法需要高溫高壓反應(yīng)，從而對設(shè)備提 出了更高的要求，相應(yīng)加大了工業(yè)化生產(chǎn)成本；氧化還原法工藝復(fù)雜，大規(guī)模生產(chǎn)時反應(yīng)不 容易控制；而高溫固相反應(yīng)法因工藝簡單，而被大多數(shù)生產(chǎn)廠家所采用。但不論是上述的哪 種方法，均需兩步或兩步以上的生產(chǎn)工藝。當(dāng)前的生產(chǎn)工藝與市場供應(yīng)的生產(chǎn)設(shè)備還處在摸索階段，尤其是還沒有任何一種 設(shè)備能夠使磷酸鐵鋰材料從前軀體的制備到高溫合成一步解決的方案與技術(shù)。以至于磷酸 鐵鋰材料的研發(fā)與生產(chǎn)出現(xiàn)了實驗室小試、車間中試容易過關(guān)，但是真正投入較大規(guī)?；?生產(chǎn)時容易出現(xiàn)批次質(zhì)量不穩(wěn)定的困局，給下游使用的鋰電池廠家?guī)碓S多的困難，成為 阻礙磷酸鐵鋰正極材料商業(yè)化進(jìn)程的一個因素。為此，眾多的研究人員和學(xué)者展開了大量 的科研工作，以求找到一條簡單易行、真正解決問題的途徑，以保證批量生產(chǎn)材料的品質(zhì)穩(wěn) 定。通過檢索，尚未發(fā)現(xiàn)一步法生產(chǎn)磷酸鐵鋰的專用設(shè)備。 發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有的技術(shù)缺陷，提供了一種一步法生產(chǎn)磷酸鐵鋰材 料的專用設(shè)備；使用本設(shè)備可在惰性氣氛的保護(hù)下加熱合成磷酸鐵鋰材料，所得產(chǎn)物粒徑 分布均勻，加工性能優(yōu)異，電池容量高，內(nèi)阻正常。本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的—種一步法生產(chǎn)磷酸鐵鋰材料的專用設(shè)備，由輸送帶、爐膽、進(jìn)料區(qū)、惰性氣體調(diào) 控裝置、低溫預(yù)熱區(qū)、強(qiáng)制強(qiáng)冷過渡區(qū)、高溫合成區(qū)、冷卻區(qū)、冷卻裝置、出料區(qū)、輸送帶傳動 裝置、保溫系統(tǒng)、集煙罩構(gòu)成，爐膽為方形不銹鋼，在爐膽內(nèi)運行有輸送帶，輸送帶傳動裝置 驅(qū)動傳送帶轉(zhuǎn)動，在爐膽前、后端的傳送帶上分別設(shè)置進(jìn)料區(qū)及出料區(qū)，在爐膽內(nèi)從進(jìn)料區(qū)開始分別依次設(shè)置有低溫預(yù)熱區(qū)、強(qiáng)制強(qiáng)冷過渡區(qū)、高溫合成區(qū)、冷卻區(qū)，在爐膽外分別安 裝有保溫系統(tǒng)及制冷系統(tǒng)，在進(jìn)料區(qū)、強(qiáng)制強(qiáng)冷過渡區(qū)、出料區(qū)處均安裝有惰性氣體調(diào)控裝置。而且，所述保溫系統(tǒng)外側(cè)用焊接鋼板殼包裹，爐膽通過上、下均布有等距的爐絲進(jìn) 行加熱。而且，所述在爐膽外的傳送帶下安裝有托輥。而且，所述強(qiáng)制強(qiáng)冷過渡區(qū)的設(shè)定長度為0.5米-10米，包裹爐膽的外殼是焊接的 方形、圓形或橢圓形鋼板殼，鋼板殼內(nèi)皮距離爐膽外皮在5-50厘米；強(qiáng)制強(qiáng)冷過渡區(qū)采用 高壓循環(huán)水冷、氣冷、風(fēng)冷中的一種或多種相結(jié)合。而且，在爐膽外底部設(shè)置有爐膽伸縮自動控制器本實用新型的優(yōu)點和積極效果是本實用新型所設(shè)計的工業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備，在低溫預(yù)熱區(qū)和高溫合成區(qū)之間，通過設(shè) 置強(qiáng)制強(qiáng)冷過渡區(qū)，結(jié)合惰性氣體調(diào)控裝置以及自動調(diào)控溫系統(tǒng)，解決了磷酸鐵鋰材料合 成不能一步生產(chǎn)的難題，也解決了回轉(zhuǎn)爐不能連續(xù)生產(chǎn)且在大批量生產(chǎn)時大量的物料堆 積，造成物料受熱不均、影響磷酸鐵鋰材料中鋰離子的鑲嵌、脫出，使磷酸鐵鋰材料比容量 不高的難題，所生產(chǎn)的磷酸鐵鋰材料品質(zhì)穩(wěn)定，比容量高，可連續(xù)大規(guī)模生產(chǎn)。

圖1為本實用新型的設(shè)備主剖圖；其中1、輸送帶；2、爐膽；3、進(jìn)料區(qū)；4、惰性氣體調(diào)控裝置；5、低溫預(yù)熱區(qū)；6、強(qiáng)制 強(qiáng)冷過渡區(qū)；7、高溫合成區(qū)；8、冷卻區(qū)；9、冷卻裝置；10、出料區(qū)；11、爐膽伸縮自動控制器； 12、輸送帶傳動裝置；13、爐膽體和傳送帶托輥；14、保溫系統(tǒng)；15、集煙罩；16、設(shè)備基礎(chǔ)。圖2為本實用新型鋰離子電池(26650型)的倍率放電曲線。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖詳細(xì)敘述本實用新型的實施例；需要說明的是，本實施例是敘述性 的，不是限定性的，不能以此限定本實用新型的保護(hù)范圍。一種一步法生產(chǎn)磷酸鐵鋰材料的專用設(shè)備，參見圖1 設(shè)備由輸送帶1、爐膽2、進(jìn) 料區(qū)3、惰性氣體調(diào)控裝置4、低溫預(yù)熱區(qū)5、強(qiáng)制強(qiáng)冷過渡區(qū)6、高溫合成區(qū)7、冷卻區(qū)8、冷 卻裝置9、出料區(qū)10、爐膽伸縮自動控制器11、輸送帶傳動裝置12、托輥13、保溫系統(tǒng)14、集 煙罩15構(gòu)成，并固裝在設(shè)備基礎(chǔ)16上。爐膽為方形不銹鋼制成，在爐膽內(nèi)運行有輸送帶， 該輸送帶由輸送帶傳動裝置(一股為電機(jī)，通過傳送輥傳動皮帶)提供動力，輸送帶運行設(shè) 計為可正運轉(zhuǎn)或反運轉(zhuǎn)，速度可調(diào)，為了保證傳動帶運行的平穩(wěn)性，在爐膽外的傳送帶下安 裝有托輥；在爐膽前、后端的傳送帶上分別設(shè)置進(jìn)料區(qū)及出料區(qū)，在爐膽內(nèi)從進(jìn)料區(qū)開始分 別設(shè)置低溫預(yù)熱區(qū)、強(qiáng)制強(qiáng)冷過渡區(qū)、高溫合成區(qū)、冷卻區(qū)，在對應(yīng)上述溫度區(qū)(除強(qiáng)制強(qiáng) 冷過渡區(qū)外)的爐膽外分別安裝有保溫系統(tǒng)及制冷系統(tǒng)(保溫系統(tǒng)及制冷系統(tǒng)為現(xiàn)有技 術(shù))，保溫系統(tǒng)外側(cè)用焊接鋼板殼包裹，可實現(xiàn)PID程序遠(yuǎn)程控制，爐膽通過上、下均布有等 距的爐絲進(jìn)行加熱。在進(jìn)料區(qū)及出料區(qū)處均設(shè)置有集煙罩，在進(jìn)料區(qū)、強(qiáng)制強(qiáng)冷過渡區(qū)、出料區(qū)處安裝有惰性氣體調(diào)控裝置(本實施例附圖所示位于出料區(qū)處)，在爐膽外底部設(shè)置有爐膽伸縮 自動控制器。本設(shè)備的溫度分區(qū)為低溫預(yù)熱區(qū)在300_450°C ；強(qiáng)制強(qiáng)冷過渡區(qū)在20°C -200°C ； 高溫合成區(qū)在550-800°C;冷卻區(qū)25-45°C。強(qiáng)制強(qiáng)冷過渡區(qū)的位置設(shè)置在低溫預(yù)熱區(qū)和高 溫合成區(qū)的中間，并與低溫預(yù)熱區(qū)和高溫合成區(qū)連接為一個整體；強(qiáng)制強(qiáng)冷過渡區(qū)的設(shè)定 長度為0. 5米-10米，包裹爐膽的外殼(沒有標(biāo)號)是焊接的方形鋼板殼，也可以是圓形或 橢圓形，鋼板殼內(nèi)皮距離爐膽外皮在5-50厘米；強(qiáng)制強(qiáng)冷過渡區(qū)采用高壓循環(huán)水冷、氣冷、 風(fēng)冷中的一種或多種相結(jié)合的辦法，實現(xiàn)磷酸鐵鋰材料從低溫預(yù)熱區(qū)中制備的前軀體經(jīng)過 強(qiáng)制強(qiáng)冷過渡區(qū)的降溫穩(wěn)定后直接進(jìn)入高溫合成區(qū)合成前的安全過渡。本實用新型未詳細(xì)敘述的部件均為通用部件，因此沒有詳細(xì)贅述。本實用新型的工作原理是采取連續(xù)進(jìn)料和連續(xù)出料的方式制備磷酸鐵鋰正極材料。在惰性氣氛的保護(hù)及合 理的自動調(diào)控溫系統(tǒng)的控制下，盛物料的匣缽在輸送帶上通過爐膽勻速前進(jìn)，依次經(jīng)過低 溫預(yù)熱區(qū)、強(qiáng)制強(qiáng)冷過渡區(qū)、高溫合成區(qū)、冷卻區(qū)，實現(xiàn)完成一步法生產(chǎn)合成磷酸鐵鋰材料 的過程。各種性能指標(biāo)鑒定用本設(shè)備生產(chǎn)的磷酸鐵鋰粉末為鋰離子電池的正極材料，制備26650型電池，電 池內(nèi)阻值為14. 28πιΩ，首次0. 2C放電(至2. 0V)的克容量為136. 4mAh/g，IC放電容量為 129.7mAh/g，效率為95. 1%。倍率放電曲線見圖2。綜合評價材料粒度分布合適、涂覆性 好，電池容量高，內(nèi)阻正常。
權(quán)利要求一種一步法生產(chǎn)磷酸鐵鋰材料的專用設(shè)備，其特征在于由輸送帶、爐膽、進(jìn)料區(qū)、惰性氣體調(diào)控裝置、低溫預(yù)熱區(qū)、強(qiáng)制強(qiáng)冷過渡區(qū)、高溫合成區(qū)、冷卻區(qū)、冷卻裝置、出料區(qū)、輸送帶傳動裝置、保溫系統(tǒng)、集煙罩構(gòu)成，爐膽為方形不銹鋼，在爐膽內(nèi)運行有輸送帶，輸送帶傳動裝置驅(qū)動傳送帶轉(zhuǎn)動，在爐膽前、后端的傳送帶上分別設(shè)置進(jìn)料區(qū)及出料區(qū)，在爐膽內(nèi)從進(jìn)料區(qū)開始分別依次設(shè)置有低溫預(yù)熱區(qū)、強(qiáng)制強(qiáng)冷過渡區(qū)、高溫合成區(qū)、冷卻區(qū)，在爐膽外分別安裝有保溫系統(tǒng)及制冷系統(tǒng)，在進(jìn)料區(qū)、強(qiáng)制強(qiáng)冷過渡區(qū)、出料區(qū)處均安裝有惰性氣體調(diào)控裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一步法生產(chǎn)磷酸鐵鋰材料的專用設(shè)備，其特征在于所述保 溫系統(tǒng)外側(cè)用焊接鋼板殼包裹，爐膽通過上、下均布有等距的爐絲進(jìn)行加熱。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一步法生產(chǎn)磷酸鐵鋰材料的專用設(shè)備，其特征在于在爐膽 外的傳送帶下安裝有托輥。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一步法生產(chǎn)磷酸鐵鋰材料的專用設(shè)備，其特征在于所述強(qiáng) 制強(qiáng)冷過渡區(qū)的設(shè)定長度為0. 5米-10米，包裹爐膽的外殼是焊接的方形、圓形或橢圓形鋼 板殼，鋼板殼內(nèi)皮距離爐膽外皮在5-50厘米；強(qiáng)制強(qiáng)冷過渡區(qū)采用高壓循環(huán)水冷、氣冷、風(fēng) 冷中的一種或多種相結(jié)合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一步法生產(chǎn)磷酸鐵鋰材料的專用設(shè)備，其特征在于在爐膽 外底部設(shè)置有爐膽伸縮自動控制器。
專利摘要本實用新型涉及一種一步法生產(chǎn)磷酸鐵鋰材料的專用設(shè)備，爐膽為方形不銹鋼，在爐膽內(nèi)運行有輸送帶，在爐膽外的傳送帶下安裝有托輥；在爐膽內(nèi)自進(jìn)料區(qū)始分別依次設(shè)置有低溫預(yù)熱區(qū)、強(qiáng)制強(qiáng)冷過渡區(qū)、高溫合成區(qū)、冷卻區(qū)，在爐膽外分別安裝有保溫系統(tǒng)及制冷系統(tǒng)，在進(jìn)料區(qū)及出料區(qū)處均置有集煙罩。本設(shè)備解決了磷酸鐵鋰材料合成不能一步生產(chǎn)的難題，也解決了回轉(zhuǎn)爐不能連續(xù)生產(chǎn)且在大批量生產(chǎn)時大量的物料堆積，從而造成物料受熱不均、影響磷酸鐵鋰材料中鋰離子的鑲嵌、脫出，使磷酸鐵鋰材料比容量不高的難題，生產(chǎn)的磷酸鐵鋰材料品質(zhì)穩(wěn)定，比容量高，可連續(xù)大規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號H01M4/58GK201729663SQ201020503140
公開日2011年2月2日 申請日期2010年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月24日
發(fā)明者劉景鵬, 周作祥, 安雅, 張國軍 申請人:天津伊博瑞爾能源科技發(fā)展有限公司