[發(fā)明專利]一種三元材料前驅(qū)體的制備設(shè)備及制備方法

有效

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• 申請日: 2018-04-25
• 公開（公告）號: CN108439490B
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏春光;梁燕;王靜霞;李立良
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳市寒暑科技新能源有限公司
• 主分類號: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00
• 代理公司: 廣東莞信律師事務(wù)所 44332
• 代理人: 曾秋梅

本發(fā)明屬于鋰離子電池正極材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種三元材料前驅(qū)體的制備設(shè)備，包括依次通過管道連接的射流管式反應(yīng)器、超聲陳化池、第一鼓膜式板框壓濾機(jī)、預(yù)干燥設(shè)備、濕法攪拌球磨機(jī)、第二鼓膜式板框壓濾機(jī)、打漿機(jī)、物料輸送泵和噴霧干燥塔，所述射流管式反應(yīng)器連接有混合鹽溶液儲(chǔ)罐和共沉淀劑儲(chǔ)罐。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明能夠增強(qiáng)共沉淀反應(yīng)的可控性，縮短制備周期，實(shí)現(xiàn)大量連續(xù)的制備，有利于其在工業(yè)制備三元材料的實(shí)際應(yīng)用。此外，本發(fā)明通過調(diào)節(jié)鎳鈷錳的比例參數(shù)，可獲得不同類型的三元前驅(qū)物，以滿足不同的應(yīng)用需求。本發(fā)明還公開了一種采用以上設(shè)備制備三元材料前驅(qū)體的方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池正極材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種三元材料前驅(qū)體的制備設(shè)備及制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池被廣泛應(yīng)用于電子通信設(shè)備、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對鋰離子電池能量密度、穩(wěn)定性等的要求也越來越高。正極材料作為鋰離子電池的重要組成部分，其性能直接決定了鋰離子電池的性能，其成本的高低也直接影響鋰離子電池的價(jià)格。常見的商用鋰離子電池正極材料有鈷酸鋰、錳酸鋰、三元材料(NCM、NCA)和磷酸鐵鋰等。其中三元材料兼顧了鎳、鈷、錳(或鎳、鈷、鋁)三種材料的優(yōu)點(diǎn)，具有較高的能量密度和較好的循環(huán)性能，而且用價(jià)格低廉的鎳錳代替成本較高的鈷材料，同時(shí)兼顧了成本優(yōu)勢。

前驅(qū)體的制備在三元材料的應(yīng)用中尤為關(guān)鍵，共沉淀法操作簡單、反應(yīng)穩(wěn)定，是一種常用的三元材料前驅(qū)體制備方法。但傳統(tǒng)的釜式共沉淀反應(yīng)在工業(yè)應(yīng)用中存在許多問題。物料在反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行混合反應(yīng)時(shí)，由于反應(yīng)釜本身的結(jié)構(gòu)缺陷，混合不均勻，使得反應(yīng)產(chǎn)物的顆粒一致性差，影響材料的性能。此外，在反應(yīng)過程中需要對溫度和pH進(jìn)行嚴(yán)格的控制，加料不能過快，使得整個(gè)反應(yīng)時(shí)間長達(dá)十幾甚至幾十個(gè)小時(shí)。在混合反應(yīng)和陳化過程中，還需要進(jìn)行攪拌，反應(yīng)能耗大，易對晶粒的結(jié)構(gòu)造成破壞。

也就是說，現(xiàn)有技術(shù)在傳統(tǒng)的釜式共沉淀反應(yīng)制備三元材料前驅(qū)體中，還存在以下需要解決的技術(shù)難題：使物料充分并快速均勻地混合反應(yīng)，以及對溫度、pH的精確控制以獲得性能良好且一致性強(qiáng)的產(chǎn)品顆粒。另外，如何縮短制備時(shí)間，簡化合成過程，進(jìn)行大批量的連續(xù)生產(chǎn)則是三元材料前驅(qū)體在工業(yè)應(yīng)用中的另一技術(shù)難題。在后續(xù)的陳化處理過程中，長時(shí)間的保溫和攪拌，會(huì)產(chǎn)生大量的能耗，節(jié)能降耗也是工業(yè)生產(chǎn)上急需解決的難題。

有鑒于此，本發(fā)明旨在提供一種三元材料前驅(qū)體的制備設(shè)備及制備方法，其能夠增強(qiáng)共沉淀反應(yīng)的可控性，縮短制備周期，實(shí)現(xiàn)大量連續(xù)的制備，有利于其在工業(yè)制備三元材料的實(shí)際應(yīng)用。此外，本發(fā)明通過調(diào)節(jié)鎳鈷錳的比例參數(shù)，可獲得不同類型的三元前驅(qū)物，以滿足不同的應(yīng)用需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一在于：針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種三元材料前驅(qū)體的制備設(shè)備，其能夠增強(qiáng)共沉淀反應(yīng)的可控性，縮短制備周期，實(shí)現(xiàn)大量連續(xù)的制備，有利于其在工業(yè)制備三元材料的實(shí)際應(yīng)用。此外，本發(fā)明通過調(diào)節(jié)鎳鈷錳的比例參數(shù)，可獲得不同類型的三元前驅(qū)物，以滿足不同的應(yīng)用需求。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種三元材料前驅(qū)體的制備設(shè)備，包括依次通過管道連接的射流管式反應(yīng)器、超聲陳化池、第一鼓膜式板框壓濾機(jī)、預(yù)干燥設(shè)備、濕法攪拌球磨機(jī)、第二鼓膜式板框壓濾機(jī)、打漿機(jī)、物料輸送泵和噴霧干燥塔，所述射流管式反應(yīng)器連接有混合鹽溶液儲(chǔ)罐和共沉淀劑儲(chǔ)罐。

作為本發(fā)明三元材料前驅(qū)體的制備設(shè)備的一種改進(jìn)，所述射流管式反應(yīng)器和所述混合鹽溶液儲(chǔ)罐之間設(shè)置有第一恒流泵，所述射流管式反應(yīng)器和所述共沉淀劑儲(chǔ)罐之間設(shè)置有第二恒流泵。

作為本發(fā)明三元材料前驅(qū)體的制備設(shè)備的一種改進(jìn)，所述射流管式反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置有螺旋形的通道，并且所述通道置于超聲裝置內(nèi)，物料在射流管式反應(yīng)器中撞擊混合，并在螺旋形的通道內(nèi)進(jìn)行充分反應(yīng)。

作為本發(fā)明三元材料前驅(qū)體的制備設(shè)備的一種改進(jìn)，所述混合鹽溶液儲(chǔ)罐和所述共沉淀劑儲(chǔ)罐內(nèi)均設(shè)置有加熱裝置和控溫裝置，所述射流管式反應(yīng)器設(shè)置有保溫結(jié)構(gòu)。