磷酸鐵鋰生產(chǎn)工藝流程詳細

鋰離子電池作為一種高性能的二次綠色電池，具有高電壓、高能量密度（包括體積能量、質(zhì)量比能量）、低的自放電率、寬的使用溫度范圍、長的循環(huán)壽命、環(huán)保、無記憶效應(yīng)以及可以大電流充放電等優(yōu)點。鋰離子電池性能的改善，很大程度上決定于電極材料性能的改善，尤其是正極材料。目前研究最廣泛的正極材料有LiCoO2、LiNiO2以及LiMn2O4等，但由于鈷有毒且資源有限，鎳酸鋰制備困難，錳酸鋰的循環(huán)性能和高溫性能差等因素，制約了它們的應(yīng)用和發(fā)展。因此，開發(fā)新型高能廉價的正極材料對鋰離子電池的發(fā)展至關(guān)重要。

1997年，padhi等報道了具有橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰（LiFepO4）能夠可逆地嵌脫鋰，且具有比容量高、循環(huán)性能好、電化學(xué)性能穩(wěn)定、價格低廉等特點，是首選的新一代綠色正極材料，特別是作為動力鋰離子電池材料。磷酸鐵鋰的發(fā)現(xiàn)引起了國內(nèi)外電化學(xué)界不少研究人員的關(guān)注，近幾年，隨著鋰電池的越來越廣的應(yīng)用，對LiFepO4的研究越來越多。

磷酸鐵鋰（LiFepO4）具有橄欖石結(jié)構(gòu)，為稍微扭曲的六方密堆積，其空間群是pmnb型，晶型結(jié)構(gòu)如圖2.1所示

LiFepO4由FeO6八面體和pO4四面體構(gòu)成空間骨架，p占據(jù)四面體位置，而Fe和Li則填充在八面體空隙中，其中Fe占據(jù)共角的八面體位置，Li則占據(jù)共邊的八面體位置。晶格一個FeO6八面體與兩個FeO6八面體和一個pO4四面體共邊，而pO4四面體則與一個FeO6八面體和兩個LiO6八面體共邊。由于近乎六方堆積的氧原子的緊密排列，使得鋰離子只能在二維平面上進行脫嵌，也因此具有了相對較高的理論密度（3.6g/cm3）。在此結(jié)構(gòu)中，F(xiàn)e2+/Fe3+相對金屬鋰的電壓為3.4V，材料的理論比容量為170mA·h/g。在材料中形成較強的p-O-M共價鍵，極大地穩(wěn)定了材料的晶體結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致材料具有很高的熱穩(wěn)定性。

Wang等對LiFepO4的電化學(xué)性能做了詳細的分析，圖2.2是LiFepO4的循環(huán)載荷伏安圖，在C-V圖中形成兩個峰，在陽極掃描時Li+從LixFepO4結(jié)構(gòu)中脫出，在3.52V形成氧化峰；當(dāng)在4.0～3.0掃描時Li+嵌入到LixFepO4結(jié)構(gòu)中，相應(yīng)的在3.32V形成還原峰；C-V曲線中的氧化還原峰表明在LiFepO4電極上發(fā)生著可逆的鋰離子嵌脫反應(yīng)。

1）高能量密度

其理論比容量為170mAh/g，產(chǎn)品實際比容量可超過140mAh/g（0.2C，25°C）；

2）安全性

是目前最安全的鋰離子電池正極材料；不含任何對人體有害的重金屬元素；

3）壽命長

在100%DOD條件下，可以充放電2000次以上；（原因：磷酸鐵鋰晶格穩(wěn)定性好，鋰離子的嵌入和脫出對晶格的影響不大，故而具有良好的可逆性。存在的不足是電極離子傳導(dǎo)率差，不適宜大電流的充放電，在應(yīng)用方面受阻。解決方法：在電極表面包覆導(dǎo)電材料、摻雜進行電極改性。）

磷酸鐵鋰電池的使用壽命與其使用溫度息息相關(guān)，使用溫度過低或者過高在其充放電過程及使用過程均產(chǎn)生極大不良隱患。尤其在中國北方電動汽車上使用，在秋冬季磷酸鐵鋰電池?zé)o法正常供電或供電電源過低，需調(diào)節(jié)其工作環(huán)境溫度保持其性能。目前，國內(nèi)解決磷酸鐵鋰電池恒溫工作環(huán)境需考慮空間限制問題，較普遍的解決方案是使用氣凝膠氈作為保溫層。

4）充電性能

磷酸鐵鋰正極材料的鋰電池，可以使用大倍率充電，最快可在1小時內(nèi)將電池充滿。

1、磷酸鐵烘干除水

（1）烘房烘干工序：不銹鋼匣缽裝滿原料磷酸鐵置入烘房，調(diào)節(jié)烘房溫度220±

20℃，6-10小時烘干。出料轉(zhuǎn)下一工序至回轉(zhuǎn)爐燒結(jié)。

（2）回轉(zhuǎn)爐燒結(jié)工序：回轉(zhuǎn)爐升溫、通氮氣達到要求后，進料（來自上工序烘房的

物料），調(diào)節(jié)溫度540±20℃，燒結(jié)8-12小時。

2、研磨機混料工序

正常生產(chǎn)時，兩臺研磨機同時投入運行，兩臺設(shè)備具體投料和操作相同（調(diào)試時一臺單獨運行亦可），程序如下：

（1）碳酸鋰研磨：稱量碳酸鋰13Kg、蔗糖12Kg、純水50Kg，混合研磨1-2小時。暫停。

（2）混合研磨：在上述混合液中加入磷酸鐵50Kg，純水25Kg，混合研磨1-3小時。停機，出料轉(zhuǎn)入分散機。取樣測粒度。

（3）清洗：稱量100Kg純水，分3-5次清洗研磨機，洗液全部轉(zhuǎn)入分散機。

3、分散機機物料分散工序

（1）將2.2兩臺研磨機混合好（或者1臺研磨機兩次混合）的物料約500Kg（包括清洗研磨機的物料）一起轉(zhuǎn)入分散機，再加入100Kg純水，調(diào)節(jié)攪拌速度，充分攪拌分散1-2小時，等待用泵打入噴霧干燥設(shè)備。

4、噴霧干燥工序

（1）調(diào)節(jié)噴霧干燥設(shè)備的進口溫度220±20℃，出口溫度110±10℃，進料速度80Kg/hr，然后，開始進料噴霧干燥，得到干燥物料。

（2）可以按照噴霧粒度大小調(diào)節(jié)固含量為15%~30%。

5、液壓機物料壓塊裝料分別調(diào)節(jié)液壓機的壓力為150噸和175噸，在模具中裝入噴霧干燥好的物料，保壓一定時間，壓實成塊狀。裝入匣缽轉(zhuǎn)入推板爐。同時，放入幾組散裝樣品，與壓成塊狀的物料進行對比。

6、推板爐燒結(jié)先升溫，通氮氣，達到氣氛要求100ppm以下，將匣缽?fù)迫胪瓢鍫t，按升溫段300-550℃，4-6小時；恒溫段750℃8-10小時；降溫段6-8小時進行，出料。

7、輥壓超細磨

將推板爐燒好的物料輸入超細磨，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，進行輥壓研磨后送入超細磨進行研磨。每批取樣測試粒度。

8、篩分、包裝

將研磨物料進行篩分、包裝。5Kg、25Kg兩種規(guī)格。

9、檢驗、入庫

產(chǎn)品檢驗、貼標(biāo)簽入庫。包括：產(chǎn)品名稱、檢驗人、物料批次、日期。