[發明專利]一種鋰離子電池正極材料碳包覆改性的系統及方法

有效

• 申請號: 201810548228.2
• 申請日: 2018-05-31
• 公開（公告）號: CN108842140B
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 呂鵬鵬;朱慶山
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: C23C16/26
• 分類號: C23C16/26;C23C16/442;C23C16/455;H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;武玥

1.一種鋰離子電池正極材料碳包覆改性的方法，包括以下步驟：

（一）正極材料粉體由料倉（1）經螺旋進料器（2）和預熱器進料閥（3）進入流化床粉體預熱器（4）停留一定時間，經一級預熱尾氣旋風分離器（15）、二級預熱尾氣旋風分離器（16）和預熱尾氣布袋收塵器（17）收集后回到流化床粉體預熱器（4）；從流化床粉體預熱器（4）的出料口排出后，經反應器進料閥（5）進入流化床反應器（6）停留一定時間，經一級反應尾氣旋風分離器（11）、二級反應尾氣旋風分離器（12）和反應尾氣布袋收塵器（13）收集后回到流化床反應器（6）；從流化床反應器（6）的出料口排出后，經反應器出料閥（7）進入產品冷卻器（8）進行冷卻，冷卻后進入產品收集器（9）；

（二）混合氣經混合氣預熱器（10）預熱后，從流化床反應器（6）的進氣口進入流化床反應器（6），在流化床反應器（6）中進行氣相沉積反應，使得碳包覆在粉體表面，再從流化床反應器（6）的出氣口排出，依次進入一級反應尾氣旋風分離器（11）和二級反應尾氣旋風分離器（12），經分離后從二級反應尾氣旋風分離器（12）的出氣口排出，經反應尾氣布袋收塵器（13）進入反應尾氣燃燒器（14），配加空氣和煤氣經燃燒處理后，從反應尾氣燃燒器（14）出氣口排出的氣體，一部分經流化床粉體預熱器（4）的進氣口進入流化床粉體預熱器（4），預熱材料粉體，再從流化床粉體預熱器（4）的出氣口排出，依次進入一級預熱尾氣旋風分離器（15）和二級預熱尾氣旋風分離器（16），經分離后從二級預熱尾氣旋風分離器（16）的出氣口排出，經預熱尾氣布袋收塵器（17）進入預熱尾氣冷卻器（18），冷卻后排放，從反應尾氣燃燒器（14）出氣口排出的氣體，另一部分通過混合氣預熱器（10）進行換熱，預熱混合氣，排出的氣體直接進入預熱尾氣冷卻器（18），冷卻后排放；

其中，所述流化床粉體預熱器（4）中的預熱溫度為250~300 ^oC，所述材料粉體在流化床粉體預熱器（4）中的停留時間為10~12 min；所述流化床反應器（6）中的反應溫度為400~450^oC，所述材料粉體在流化床反應器（6）中的停留時間為15~90 min；所述混合氣為碳源氣體和惰性氣體的混合氣體；所述碳源氣體的體積濃度為15~20%，所述反應尾氣燃燒器（14）排出氣體進入流化床粉體預熱器（4）和混合氣預熱器（10）的體積比為1:1~1:4；所述包覆碳的質量百分數為4~6%。

2.根據權利要求1所述的鋰離子電池正極材料碳包覆改性的方法，其特征在于，所述正極材料是硅酸鐵鋰、磷酸鐵鋰、鈷酸鋰、三元鎳鈷錳酸鋰、三元鎳鈷鋁酸鋰中的一種。

3.根據權利要求1所述的鋰離子電池正極材料碳包覆改性的方法，其特征在于，所述碳源氣體可以是甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、乙炔、丙炔中的一種或至少兩種的組合，所述惰性氣體可以是氮氣、氦氣、氬氣、氖氣中的一種或至少兩種的組合。

4.一種用于權利要求1-3任一所述方法的鋰離子電池正極材料碳包覆改性的系統，其特征在于，所述系統包括料倉（1）、螺旋進料器（2）、預熱器進料閥（3）、流化床粉體預熱器（4）、反應器進料閥（5）、流化床反應器（6）、反應器出料閥（7）、產品冷卻器（8）、產品收集器（9）、混合氣預熱器（10）、一級反應尾氣旋風分離器（11）、二級反應尾氣旋風分離器（12）、反應尾氣布袋收塵器（13）、反應尾氣燃燒器（14）、一級預熱尾氣旋風分離器（15）、二級預熱尾氣旋風分離器（16）、預熱尾氣布袋收塵器（17）和預熱尾氣冷卻器（18）；

所述料倉（1）的出料口與螺旋進料器（2）的進料口相連接，所述螺旋進料器（2）的出料口與預熱器進料閥（3）的進料口相連接，所述預熱器進料閥（3）的出料口與流化床粉體預熱器（4）的進料口相連接，所述流化床粉體預熱器（4）的進氣口與反應尾氣燃燒器（14）的出氣口相連接，流化床粉體預熱器（4）的出氣口與一級預熱尾氣旋風分離器（15）的進氣口相連接，一級預熱尾氣旋風分離器（15）的出氣口與二級預熱尾氣旋風分離器（16）的進氣口相連接，一級預熱尾氣旋風分離器（15）和二級預熱尾氣旋風分離器（16）的出料口與流化床粉體預熱器（4）的進料口相連接，二級預熱尾氣旋風分離器（16）的出氣口與預熱尾氣布袋收塵器（17）的進氣口相連接，預熱尾氣布袋收塵器（17）的出料口與反應器進料閥（5）的進料口相連接，預熱尾氣布袋收塵器（17）的出氣口與預熱尾氣冷卻器（18）的進氣口相連接，流化床粉體預熱器（4）的出料口與反應器進料閥（5）的進料口相連接；

流化床反應器（6）的進料口與反應器進料閥（5）的出料口相連接，流化床反應器（6）的進氣口與混合氣預熱器（10）的出氣口相連接，流化床反應器（6）的出氣口與一級反應尾氣旋風分離器（11）的進氣口相連接，一級反應尾氣旋風分離器（11）的出氣口與二級反應尾氣旋風分離器（12）的進氣口相連接，一級反應尾氣旋風分離器（11）和二級反應尾氣旋風分離器（12）的出料口與流化床反應器（6）的進料口相連接，二級反應尾氣旋風分離器（12）的出氣口與反應尾氣布袋收塵器（13）的進氣口相連接，反應尾氣布袋收塵器（13）的出料口與流化床反應器（6）的進料口相連接，反應尾氣布袋收塵器（13）的出氣口與反應尾氣燃燒器（14）的進氣口相連接，流化床反應器（6）的出料口與反應器出料閥（7）的進料口相連接，反應器出料閥（7）的出料口與產品冷卻器（8）的進料口相連接，產品冷卻器（8）的出料口與產品收集器（9）的進料口相連接；所述流化床反應器（6）內進行氣相沉積反應；其中，所述流化床粉體預熱器（4）中的預熱溫度為250~300 ^oC，所述材料粉體在流化床粉體預熱器（4）中的停留時間為10~12min；

所述流化床反應器（6）中的反應溫度為400~450 ^oC，所述材料粉體在流化床反應器（6）中的停留時間為15~90 min。