分散剂的回收装置、回收分散剂的方法及利用该方法制备磷酸锰锂的方法
分散剂的回收装置、回收分散剂的方法及利用该方法制备磷酸锰锂的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及锂离子电池用正极材料制备领域，特别是涉及一种磷酸锰锂的制备方法，及其使用的分散剂回收方法和所采用的分散剂回收装置。
【背景技术】
[0002]锂离子电池是一种能量密度高、功率密度高、寿命长的二次电池，在现代社会中扮演重要角色。在手机、笔记本电脑等小型设备中，锂离子电池应用极为广泛。同时，随着电动汽车、智能电网等产业的快速发展，锂离子动力电池的需求量急剧上升，对其性能要求日益提高。应用于锂离子电池中的正极材料是其性能和成本的决定性因素。作为锂离子电池正极材料，磷酸锰锂具有工作电压高、放电平稳、成本低、安全性好等优点，非常适用于锂离子动力体系。磷酸锰锂材料应用于锂离子动力电池，将使电池系统的能量密度得到较大提高，相同组输出电压下串联单体数量减少，有助于提高电池组的可靠性。
[0003]磷酸锰锂的导电性差是其应用时需解决的关键问题。同时，由于锰元素常见的氧化态较多，在磷酸锰锂合成过程中锰元素的氧化态易发生改变而使材料不纯，性能变差。磷酸锰锂材料虽与磷酸铁锂结构非常相似，但其制备方法与磷酸铁锂有较大不同，并且影响该材料性能的部分因素也是其特有的。导电剂包覆、元素掺杂和减小一次粒子粒径是提高导电性的主要方法。制备方法方面，高温固相法和溶剂热法是常用的方法。其中高温固相法具有操作简单，工艺过程可控度高，易于大规模生产等突出优势。但其制备的产品性能较差。研宄发现，混合过程在很大程度上决定了产品的性能。但是现有混合方法并不能很好的达到以磷酸锰锂作为正极材料为目的制备磷酸锰锂的要求。
【发明内容】
[0004]本发明的第一个目的是:提供一种磷酸锰锂的制备方法，该制备方法是利用隋性非极性液体分散剂对原料进行分散球磨，分散效果好，制得产品电化学性能佳。
[0005]本发明的第二个目的是:提供一种分散剂的回收装置。
[0006]本发明的第三个目的是:提供一种回收分散剂的方法。
[0007]一种分散剂的回收装置，包括压缩机、去分散剂容器和分散剂储罐；所述去分散剂容器分为内腔和外腔，所述外腔包覆在内腔外侧，内腔和外腔的腔体不相通；所述内腔的上部与压缩机的进气口，即低压端相连；所述外腔的一侧与压缩机的出气口，即高压端相连，另一侧的上端与所述分散剂储罐的上端相连。
[0008]优选压缩机为涡旋式、螺杆式或离心式压缩机。
[0009]利用上述回收装置回收分散剂的方法，所述分散剂常压下为气态，于分散剂储罐中在一定压力下变为液态，所述分散剂储罐上部充满气态的分散剂；含分散剂的浆料放置于去分散剂容器的内腔中，压缩机开始工作，分散剂容器内腔内的压强降低，分散剂气化进入压缩机，经压缩机处理后变为液态，流入去分散剂容器的外腔，待所述外腔充满后进入分散剂储罐。
[0010]一种磷酸锰锂的制备方法，包括如下步骤:
[0011]I)称取制备磷酸锰锂的原料，并利用机械方法进行粗混；
[0012]2)将经粗混后的原料放入球磨装置中，加入分散剂，进行球磨；所述分散剂为液态的丙烷、丁烷和2-甲基丙烷中的任意一种或者任意几种的混合物；
[0013]3)利用如权利要求2)所述回收分散剂的方法将分散剂与反应混合物分离，并对分散剂进行回收；
[0014]4)在惰性气体保护下，对反应混合物进行热处理，得到粗产物；
[0015]5)将所述粗产物粉碎后筛分，得到产物。
[0016]步骤I)中所述粗混的方法是低能搅拌混合。
[0017]步骤I)中所述粗混的方法是犁刀混合或三维混合。
[0018]步骤2)中分散剂的质量是经粗混后的原料的质量的0.3?2倍。
[0019]步骤2)中球磨装置具有密封特性，能承受一定压强。
[0020]本发明分离分散剂的方法是降低压强，让分散剂在常温下气化，以实现快速高效分离。气态的分散剂回收后加压液化，用于后续的球磨混合操作，实现无损循环，通过设计热交换装置，平衡分散剂气化和液化时的能量流，减小分散剂的温度波动，提高分散剂循环的效率。
[0021]本发明提供的分散剂的回收装置，其外腔包覆内腔，具有热交换的作用，分散剂经压缩机处理后变为液态时温度较高，在其向分散剂储罐的转移过程中其热量为反应混合物所利用，平衡分散剂气化和液化时的能量流，减小分散剂的温度波动，提高分散剂循环的效率。
[0022]本发明提供的磷酸锰锂的制备方法的突出优点是:原料混合均匀细致，产品的电化学性能好；分散剂与反应物分离方便，不需要特别的干燥装置；分散剂充分利用，不污染环境，无理论损失，生产成本低。
【附图说明】
[0023]图1为本发明提供的磷酸锰锂的制备方法的流程图；
[0024]图2是本发明分散剂分离装置和回收过程的示意图。
【具体实施方式】
[0025]以下结合附图和实施例对本发明的技术方案进行描述。
[0026]实施例1
[0027]称取LiH2P041040g、Li2C0318.5g、MnC031035g、草酸亚铁 144g、乙炔黑 31.5g、葡萄糖157g;采用三维混合，将上述反应物混合均匀后转移至密封搅拌球磨机中，然后向其中注入液态丙烷1000g。球磨Ih后，保持搅拌下抽出丙烷，丙烷经去分散剂容器的外腔后流入分散剂储罐，回收，如图2所示。在氮气保护下，将封搅拌球磨机中的固态混合物置于500°C热处理2h，得到粗产物。将所得粗产物经粉碎、筛分、包装后得到目标产品。
[0028]本实施例制得的产品0.1C放电比容量达到140mAh.g'lC放电比容量达到
12OmAh.g_1o
[0029]实施例2
[0030]称取LiH2P041040g、Li2C0318.5g、MnC031035g、草酸亚铁 144g、乙炔黑 31.5g、葡萄糖157g，采用搅拌混合，将上述反应物混合均匀后转移至密封搅拌球磨机中，向其中注入液态丁烷2500g。球磨1.5h后，保持搅拌下抽出丁烷，丁烷经去分散剂容器的外腔后流入分散剂储罐，回收，如图2所示。在氮气保护下，将封搅拌球磨机中的固态混合物置于550°C热处理1.5h，得到粗产物。将所得粗产物经粉碎、筛分、包装，得到目标产品。
[0031]本实施例制得产品0.1C放电比容量达到145mAh.g4，IC放电比容量达到125mAh ^g10
[0032]实施例3
[0033]称取LiH2P041040g、Li2C0318.5g、MnC031035g、草酸亚铁 144g、乙炔黑 31.5g、蔗糖157g，采用搅拌混合，将上述反应物混合均匀后转移至密封搅拌球磨机中，然后向其中注入体积比为1:1的液态丙烷丁烷混合物2000g。球磨1.5h后，保护系统压强的条件下，将浆料转移至带热交换夹套和搅拌装置的容器，保持搅拌下抽出混合分散剂，该混合分散剂经去分散剂容器的外腔后流入分散剂储罐，回收，如图2所示。在氩气保护下，将容器内的固态混合物置于550°C热处理1.5h，得到粗产物。将所得粗产物经粉碎、筛分、包装，得到目标产品O
[0034]本实施例制得的产品0.1C放电比容量达到145mAh.g'lC放电比容量达到
13OmAh ^g10
【主权项】
1.一种分散剂的回收装置，包括压缩机(I)、去分散剂容器(2)和分散剂储罐(4);其特征在于:所述去分散剂容器(2)分为内腔(6)和外腔(7)，所述外腔(7)包覆在内腔(6)夕卜侧，内腔(6)和外腔(7)的腔体不相通；所述内腔(6)的上部与压缩机的进气口相连；所述外腔(7)的一侧与压缩机的出气口相连，另一侧的上端与所述分散剂储罐(4)的上端相连。2.利用如权利要求1所述回收装置回收分散剂的方法，其特征在于:含分散剂的浆料放置于去分散剂容器的内腔￠)中，压缩机(I)开始工作，分散剂容器内腔￠)内的压强降低，分散剂气化(3)进入压缩机(I)，经压缩机(I)处理后变为液态(5)，流入去分散剂容器的外腔(7)，待所述外腔(7)充满后进入分散剂储罐(4)。3.一种磷酸锰锂的制备方法，其特征在于包括如下步骤: 1)称取制备磷酸锰锂的原料，并利用机械方法进行粗混； 2)将经粗混后的原料放入球磨装置中，加入分散剂，进行球磨；所述分散剂为液态的丙烷、丁烷和2-甲基丙烷中的任意一种或者任意几种的混合物； 3)利用如权利要求2)所述回收分散剂的方法将分散剂与反应混合物分离，并对分散剂进行回收； 4)在惰性气体保护下，对反应混合物进行热处理，得到粗产物； 5)将所述粗产物粉碎后筛分，得到产物。4.如权利要求3所述制备方法，其特征在于:步骤I)中所述粗混的方法是低能搅拌混入口 ο5.如权利要求3所述制备方法，其特征在于:步骤I)中所述粗混的方法是犁刀混合或三维混合。6.如权利要求3所述制备方法，其特征在于:步骤2)中分散剂的质量是经粗混后的原料的质量的0.3?2倍。7.如权利要求3所述制备方法，其特征在于:步骤2)中球磨装置具有密封特性，能承受一定压强。8.如权利要求1所述分散剂的回收装置，其特征在于:所述压缩机(I)为涡旋式、螺杆式或尚心式压缩机。
【专利摘要】本发明提供一种磷酸锰锂的制备方法，及其使用的分散剂回收方法和所采用的分散剂回收装置。该制备方法包括如下步骤：先将原料进行粗混；其次放在球磨装置中加入分散剂，进行球磨；然后将分散剂利用其升温气化、降压液化的特点除去；第三将除去分散剂的反应混合物进行热处理，得到粗产物；最后将粗产物粉碎后筛分，得到产物。制备中用的除去分散剂的装置包括压缩机、去分散剂容器和分散剂储罐；去分散剂容器分为内腔和外腔，外腔包覆在内腔外侧；内腔、外腔分别与压缩机的进气口、出气口相连，外腔上端与分散剂储罐的上端相连。该磷酸锰锂的制备方法，混合原料均匀，制得产品电化学性能好；分散剂与反应物分离方便，且分散剂能重复利用。
【IPC分类】H01M10/54, H01M4/62
【公开号】CN104900882
【申请号】CN201510311972
【发明人】徐宁, 吴孟涛, 赵明, 宋英杰, 伏萍萍
【申请人】天津巴莫科技股份有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月9日
【技术领域】
[0001]本发明涉及锂离子电池用正极材料制备领域，特别是涉及一种磷酸锰锂的制备方法，及其使用的分散剂回收方法和所采用的分散剂回收装置。
【背景技术】
[0002]锂离子电池是一种能量密度高、功率密度高、寿命长的二次电池，在现代社会中扮演重要角色。在手机、笔记本电脑等小型设备中，锂离子电池应用极为广泛。同时，随着电动汽车、智能电网等产业的快速发展，锂离子动力电池的需求量急剧上升，对其性能要求日益提高。应用于锂离子电池中的正极材料是其性能和成本的决定性因素。作为锂离子电池正极材料，磷酸锰锂具有工作电压高、放电平稳、成本低、安全性好等优点，非常适用于锂离子动力体系。磷酸锰锂材料应用于锂离子动力电池，将使电池系统的能量密度得到较大提高，相同组输出电压下串联单体数量减少，有助于提高电池组的可靠性。
[0003]磷酸锰锂的导电性差是其应用时需解决的关键问题。同时，由于锰元素常见的氧化态较多，在磷酸锰锂合成过程中锰元素的氧化态易发生改变而使材料不纯，性能变差。磷酸锰锂材料虽与磷酸铁锂结构非常相似，但其制备方法与磷酸铁锂有较大不同，并且影响该材料性能的部分因素也是其特有的。导电剂包覆、元素掺杂和减小一次粒子粒径是提高导电性的主要方法。制备方法方面，高温固相法和溶剂热法是常用的方法。其中高温固相法具有操作简单，工艺过程可控度高，易于大规模生产等突出优势。但其制备的产品性能较差。研宄发现，混合过程在很大程度上决定了产品的性能。但是现有混合方法并不能很好的达到以磷酸锰锂作为正极材料为目的制备磷酸锰锂的要求。
【发明内容】
[0004]本发明的第一个目的是:提供一种磷酸锰锂的制备方法，该制备方法是利用隋性非极性液体分散剂对原料进行分散球磨，分散效果好，制得产品电化学性能佳。
[0005]本发明的第二个目的是:提供一种分散剂的回收装置。
[0006]本发明的第三个目的是:提供一种回收分散剂的方法。
[0007]一种分散剂的回收装置，包括压缩机、去分散剂容器和分散剂储罐；所述去分散剂容器分为内腔和外腔，所述外腔包覆在内腔外侧，内腔和外腔的腔体不相通；所述内腔的上部与压缩机的进气口，即低压端相连；所述外腔的一侧与压缩机的出气口，即高压端相连，另一侧的上端与所述分散剂储罐的上端相连。
[0008]优选压缩机为涡旋式、螺杆式或离心式压缩机。
[0009]利用上述回收装置回收分散剂的方法，所述分散剂常压下为气态，于分散剂储罐中在一定压力下变为液态，所述分散剂储罐上部充满气态的分散剂；含分散剂的浆料放置于去分散剂容器的内腔中，压缩机开始工作，分散剂容器内腔内的压强降低，分散剂气化进入压缩机，经压缩机处理后变为液态，流入去分散剂容器的外腔，待所述外腔充满后进入分散剂储罐。
[0010]一种磷酸锰锂的制备方法，包括如下步骤:
[0011]I)称取制备磷酸锰锂的原料，并利用机械方法进行粗混；
[0012]2)将经粗混后的原料放入球磨装置中，加入分散剂，进行球磨；所述分散剂为液态的丙烷、丁烷和2-甲基丙烷中的任意一种或者任意几种的混合物；
[0013]3)利用如权利要求2)所述回收分散剂的方法将分散剂与反应混合物分离，并对分散剂进行回收；
[0014]4)在惰性气体保护下，对反应混合物进行热处理，得到粗产物；
[0015]5)将所述粗产物粉碎后筛分，得到产物。
[0016]步骤I)中所述粗混的方法是低能搅拌混合。
[0017]步骤I)中所述粗混的方法是犁刀混合或三维混合。
[0018]步骤2)中分散剂的质量是经粗混后的原料的质量的0.3?2倍。
[0019]步骤2)中球磨装置具有密封特性，能承受一定压强。
[0020]本发明分离分散剂的方法是降低压强，让分散剂在常温下气化，以实现快速高效分离。气态的分散剂回收后加压液化，用于后续的球磨混合操作，实现无损循环，通过设计热交换装置，平衡分散剂气化和液化时的能量流，减小分散剂的温度波动，提高分散剂循环的效率。
[0021]本发明提供的分散剂的回收装置，其外腔包覆内腔，具有热交换的作用，分散剂经压缩机处理后变为液态时温度较高，在其向分散剂储罐的转移过程中其热量为反应混合物所利用，平衡分散剂气化和液化时的能量流，减小分散剂的温度波动，提高分散剂循环的效率。
[0022]本发明提供的磷酸锰锂的制备方法的突出优点是:原料混合均匀细致，产品的电化学性能好；分散剂与反应物分离方便，不需要特别的干燥装置；分散剂充分利用，不污染环境，无理论损失，生产成本低。
【附图说明】
[0023]图1为本发明提供的磷酸锰锂的制备方法的流程图；
[0024]图2是本发明分散剂分离装置和回收过程的示意图。
【具体实施方式】
[0025]以下结合附图和实施例对本发明的技术方案进行描述。
[0026]实施例1
[0027]称取LiH2P041040g、Li2C0318.5g、MnC031035g、草酸亚铁 144g、乙炔黑 31.5g、葡萄糖157g;采用三维混合，将上述反应物混合均匀后转移至密封搅拌球磨机中，然后向其中注入液态丙烷1000g。球磨Ih后，保持搅拌下抽出丙烷，丙烷经去分散剂容器的外腔后流入分散剂储罐，回收，如图2所示。在氮气保护下，将封搅拌球磨机中的固态混合物置于500°C热处理2h，得到粗产物。将所得粗产物经粉碎、筛分、包装后得到目标产品。
[0028]本实施例制得的产品0.1C放电比容量达到140mAh.g'lC放电比容量达到
12OmAh.g_1o
[0029]实施例2
[0030]称取LiH2P041040g、Li2C0318.5g、MnC031035g、草酸亚铁 144g、乙炔黑 31.5g、葡萄糖157g，采用搅拌混合，将上述反应物混合均匀后转移至密封搅拌球磨机中，向其中注入液态丁烷2500g。球磨1.5h后，保持搅拌下抽出丁烷，丁烷经去分散剂容器的外腔后流入分散剂储罐，回收，如图2所示。在氮气保护下，将封搅拌球磨机中的固态混合物置于550°C热处理1.5h，得到粗产物。将所得粗产物经粉碎、筛分、包装，得到目标产品。
[0031]本实施例制得产品0.1C放电比容量达到145mAh.g4，IC放电比容量达到125mAh ^g10
[0032]实施例3
[0033]称取LiH2P041040g、Li2C0318.5g、MnC031035g、草酸亚铁 144g、乙炔黑 31.5g、蔗糖157g，采用搅拌混合，将上述反应物混合均匀后转移至密封搅拌球磨机中，然后向其中注入体积比为1:1的液态丙烷丁烷混合物2000g。球磨1.5h后，保护系统压强的条件下，将浆料转移至带热交换夹套和搅拌装置的容器，保持搅拌下抽出混合分散剂，该混合分散剂经去分散剂容器的外腔后流入分散剂储罐，回收，如图2所示。在氩气保护下，将容器内的固态混合物置于550°C热处理1.5h，得到粗产物。将所得粗产物经粉碎、筛分、包装，得到目标产品O
[0034]本实施例制得的产品0.1C放电比容量达到145mAh.g'lC放电比容量达到
13OmAh ^g10
【主权项】
1.一种分散剂的回收装置，包括压缩机(I)、去分散剂容器(2)和分散剂储罐(4);其特征在于:所述去分散剂容器(2)分为内腔(6)和外腔(7)，所述外腔(7)包覆在内腔(6)夕卜侧，内腔(6)和外腔(7)的腔体不相通；所述内腔(6)的上部与压缩机的进气口相连；所述外腔(7)的一侧与压缩机的出气口相连，另一侧的上端与所述分散剂储罐(4)的上端相连。2.利用如权利要求1所述回收装置回收分散剂的方法，其特征在于:含分散剂的浆料放置于去分散剂容器的内腔￠)中，压缩机(I)开始工作，分散剂容器内腔￠)内的压强降低，分散剂气化(3)进入压缩机(I)，经压缩机(I)处理后变为液态(5)，流入去分散剂容器的外腔(7)，待所述外腔(7)充满后进入分散剂储罐(4)。3.一种磷酸锰锂的制备方法，其特征在于包括如下步骤: 1)称取制备磷酸锰锂的原料，并利用机械方法进行粗混； 2)将经粗混后的原料放入球磨装置中，加入分散剂，进行球磨；所述分散剂为液态的丙烷、丁烷和2-甲基丙烷中的任意一种或者任意几种的混合物； 3)利用如权利要求2)所述回收分散剂的方法将分散剂与反应混合物分离，并对分散剂进行回收； 4)在惰性气体保护下，对反应混合物进行热处理，得到粗产物； 5)将所述粗产物粉碎后筛分，得到产物。4.如权利要求3所述制备方法，其特征在于:步骤I)中所述粗混的方法是低能搅拌混入口 ο5.如权利要求3所述制备方法，其特征在于:步骤I)中所述粗混的方法是犁刀混合或三维混合。6.如权利要求3所述制备方法，其特征在于:步骤2)中分散剂的质量是经粗混后的原料的质量的0.3?2倍。7.如权利要求3所述制备方法，其特征在于:步骤2)中球磨装置具有密封特性，能承受一定压强。8.如权利要求1所述分散剂的回收装置，其特征在于:所述压缩机(I)为涡旋式、螺杆式或尚心式压缩机。
【专利摘要】本发明提供一种磷酸锰锂的制备方法，及其使用的分散剂回收方法和所采用的分散剂回收装置。该制备方法包括如下步骤：先将原料进行粗混；其次放在球磨装置中加入分散剂，进行球磨；然后将分散剂利用其升温气化、降压液化的特点除去；第三将除去分散剂的反应混合物进行热处理，得到粗产物；最后将粗产物粉碎后筛分，得到产物。制备中用的除去分散剂的装置包括压缩机、去分散剂容器和分散剂储罐；去分散剂容器分为内腔和外腔，外腔包覆在内腔外侧；内腔、外腔分别与压缩机的进气口、出气口相连，外腔上端与分散剂储罐的上端相连。该磷酸锰锂的制备方法，混合原料均匀，制得产品电化学性能好；分散剂与反应物分离方便，且分散剂能重复利用。
【IPC分类】H01M10/54, H01M4/62
【公开号】CN104900882
【申请号】CN201510311972
【发明人】徐宁, 吴孟涛, 赵明, 宋英杰, 伏萍萍
【申请人】天津巴莫科技股份有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月9日
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