快速成球闭式干燥烧结系统的制作方法

1.本实用新型属于锂离子电池正极材料电化学储能领域，尤其涉及一种磷酸锰铁锂正极材料的快速成球闭式干燥烧结系统。


背景技术：

2.磷酸铁锂（lfp）作为一种主流的锂离子电池正极材料之一，目前其能量密度已经接近于理论极限。磷酸锰铁锂（lmfp）作为lfp的升级版本，其不但继承了lfp的高安全性、长循环性、低原料成本等优点，而且锰的引入还大幅提升了其电压平台（lfp电压平台为3.4 v，lmfp电压平台为4.1 v），并弥补了lfp能量密度低与低温性能差等方面的短板。当然，lmfp与lfp相比具有诸多优势的同时，也还面临许多亟待解决的问题。首先，锰的引入导致lmfp的电导率相比lfp更差，另外在充放电时mn
2+
与mn
3+
的氧化还原转换存在严重的姜泰勒形变，易造成锰离子的溶出，导致电极材料循环性能下降。其次，在合成过程中fe/mn元素在材料中易分相，导致mn与fe在电极材料中固溶不均匀，易导致形成富锰相（limnpo4）与富铁相（lifepo4），最终致使lmfp容量低、倍率差、循环性能不稳定与压降大等缺点。为解决lmfp上述缺点，在其制备过程中需从原料选择、合成方法、过程控制等方面同时进行协同优化。


技术实现要素：

3.基于此，本实用新型针对现有磷酸锰铁锂制备存在的缺陷，提供了一种经济、环保、简便的磷酸锰铁锂快速成型装置，用于解决其导电性差、锰溶出、极化大、制备效率低等缺点。
4.快速成球闭式干燥烧结系统，雾化干燥装置的出口经过强化物料输送泵与高温烧结装置的进口连接，高温烧结装置的出口与冷却塔的进口连接，冷却塔的出口与除尘过滤装置的进口连接，除尘过滤装置的出口与尾气排放装置的进口连接。
5.雾化干燥装置上设置有保护气输送加热装置。
6.雾化干燥装置上设置有浆料输送雾化分散系统。
7.除尘过滤装置（7）的底部设置有物料收集装置（8）。
8.综上所述，与现有技术相比，本实用新型具有以下突出优势：
9.1.本实用新型的装置中，从磷酸锰铁锂浆料干燥到烧结一步成型，避免了复杂的中间环节，干燥烧结迅速，过程控制简单，对于降低成本、提高生产效率、降低能耗与稳定产品性能具有重要意义；此外，闭式环境的干燥烧结有效避免了外界环境中的杂质干扰，所制备的磷酸锰铁锂纯度更高杂质含量更少，且流化态的快速烧结方式有效避免了颗粒之间的团聚长大。
10.2.采用本实用新型的装置制备的磷酸锰铁锂的二次颗粒形貌为直径大小均一的球形，有利于后续电池极片的加工与电池容量释放的稳定性。
11.3.采用本实用新型的装置所制备球形磷酸锰铁锂中协同使用了金属原子掺杂、碳包覆、纳米化策略，制备的样品具有更高的电子与离子电导率，电极电化更低，在倍率性能
与储能表现上具有较大优势。
附图说明
12.图 1 展示了本发明制备球形磷酸锰铁锂所用的快速成球闭式干燥烧结系统的示意图；
13.图中，1、保护气输送加热装置；2、浆料输送雾化分散系统；3、雾化干燥装置；4、强化物料输送泵；5、高温烧结装置；6、冷却塔；7、除尘过滤装置；8、物料收集装置；9、尾气排放装置。
具体实施方式
14.快速成球闭式干燥烧结系统，雾化干燥装置3的出口经过强化物料输送泵4与高温烧结装置5的进口连接，高温烧结装置5的出口与冷却塔6的进口连接，冷却塔6的出口与除尘过滤装置7的进口连接，除尘过滤装置7的出口与尾气排放装置9的进口连接。
15.雾化干燥装置3上设置有保护气输送加热装置1。
16.雾化干燥装置3上设置有浆料输送雾化分散系统2。
17.除尘过滤装置7的底部设置有物料收集装置8。
18.保护气输送加热装置用于实现对惰性气氛如氮气、氩气的加热，其加热温度控制为150-300 ℃。
19.浆料输送雾化分散系统用于实现对浆料的输送，及进入雾化干燥装置（3）内实现喷雾的雾化效果，其中雾化颗粒控制为1-10 μm。
20.雾化干燥装置（上海顺仪，ygd-1-5）。
21.强化物料输送泵用于将干燥的固体颗粒物泵送至高温烧结装置（5）的过程。
22.高温烧结系统（合肥科晶，otf-1200x
‑ⅲ
）。
23.物料冷却装置（鑫众泰耐，换热面积2 m2）。
24.物料除尘过滤装置（润木机械，过滤面积0.5 m2）。
25.物料收集装置用于对得到的产品的储料装置。
26.尾气排放装置用于收集惰性气氛或煅烧过程产品的气体的装置。
27.采用实施例1的装置进行的球形磷酸锰铁锂的制备，具体技术方案由以下步骤实现：
28.步骤1：取0.973 mol浓磷酸（质量浓度为85%）加水稀释至质量浓度为30%，然后称取0.811 mol电池级碳酸锂（含量为95%）缓慢加入到稀释后的磷酸溶液中进行反应，直至反应终点ph为4.66左右。
29.步骤2：称取0.649 mol磷酸铁（铁含量为36.22%）、0.973 mol二氧化锰（锰含量为60.3%）、0.162 mol一氧化镁与0.6 mol蔗糖同上述反应混合物一同加入到球磨机中进行球磨，取样测量，当球磨浆料粒径d
99
为11.424 μm后，浆料加水稀释后转入砂磨机中砂磨至浆料粒径d
99
为0.432 μm时，取出浆料转入上述的快速成球闭式干燥烧结系统中的雾化干燥装置中（转入之前，控制雾化干燥装置、高温烧结系统内经氮气吹扫干净），将200 ℃的氮气输送至雾化干燥装置中，控制氮气的气流量为6 m3/h，使料浆雾化干燥，干燥完成后的雾化颗粒与氮气一起送至高温烧结系统内，使雾化颗粒在高温烧结系统内为流体状，控制高温烧
结系统的温度为800 ℃，物料在烧结系统内的停留时间大概为6 s左右，烧结完毕后即可得到成品正极材料磷酸锰铁锂。该产品中，d
10
为1.20 μm，d
50
为2.3 μm；d
90
为3.7 μm；另将成品组装成扣式电池进行测试，在2-4.3 v的电压区间上0.1 c放电比容量可达160.46 mah g-1
，0.5 c放电比容量可达158.04 mah g-1
，1 c放电比容量可达156.87 mah g-1
。


技术特征：
1.快速成球闭式干燥烧结系统，其特征在于，雾化干燥装置（3）的出口经过强化物料输送泵（4）与高温烧结装置（5）的进口连接，高温烧结装置（5）的出口与冷却塔（6）的进口连接，冷却塔（6）的出口与除尘过滤装置（7）的进口连接，除尘过滤装置（7）的出口与尾气排放装置（9）的进口连接。2.根据权利要求1所述的快速成球闭式干燥烧结系统，其特征在于，雾化干燥装置（3）上设置有保护气输送加热装置（1）。3.根据权利要求1所述的快速成球闭式干燥烧结系统，其特征在于，雾化干燥装置（3）上设置有浆料输送雾化分散系统（2）。4.根据权利要求1所述的快速成球闭式干燥烧结系统，其特征在于，除尘过滤装置（7）的底部设置有物料收集装置（8）。

技术总结
本实用新型提供一种快速成球闭式干燥烧结系统，雾化干燥装置的出口经过强化物料输送泵与高温烧结装置的进口连接，高温烧结装置的出口与冷却塔的进口连接，冷却塔的出口与除尘过滤装置的进口连接，除尘过滤装置的出口与尾气排放装置的进口连接。雾化干燥装置上设置有保护气输送加热装置。采用本实用新型的装置进行磷酸锰铁锂的制备过程中，从磷酸锰铁锂浆料干燥到烧结一步成型，避免了复杂的中间环节，干燥烧结迅速，过程控制简单，对于降低能耗与稳定产品性能具有重要意义；闭式环境的干燥烧结有效避免了外界环境中的杂质干扰，所制备的磷酸锰铁锂纯度更高杂质含量更少，且流化态的快速烧结方式有效避免了颗粒之间的团聚长大。快速烧结方式有效避免了颗粒之间的团聚长大。快速烧结方式有效避免了颗粒之间的团聚长大。


技术研发人员：王董 王杰 郑磊 乐明 曾桂花 张驰 覃海权 王祖静 范世涛
受保护的技术使用者：宜都兴发化工有限公司
技术研发日：2023.03.24
技术公布日：2023/7/28