[實用新型]制備窄粒徑分布的鎳鈷錳三元材料前驅體材料的裝置

有效

• 申請號: 201821280884.0
• 申請日: 2018-08-09
• 公開（公告）號: CN208889768U
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 劉蘇寧;李勇;孫寧磊;曹敏;彭建華
• 申請（專利權）人: 中國恩菲工程技術有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/052
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 韓建偉;金田蘊

本實用新型公開了一種制備窄粒徑分布的鎳鈷錳三元材料前驅體材料的裝置。該裝置包括：溶液儲存單元，用于向晶種制備釜和合成釜中輸入溶液；用于晶種制備的晶種制備釜，設置有晶種出口；合成釜，設置有晶種加入口，晶種加入口與晶種制備釜的晶種出口相連通，合成釜用于鎳鈷錳三元材料前驅體材料的合成；固固分級裝置，設置在合成釜的下游，具有大粒徑顆粒出口和小粒徑顆粒出口，小粒徑顆粒出口與晶種制備釜的進料口相連通；陳化釜，設置有陳化釜進料口，與固固分級裝置的大粒徑顆粒出口相連通；以及后處理裝置，用于過濾、洗滌、烘干從陳化釜中輸出的物料。

技術領域

本實用新型涉及鋰電池技術領域，具體而言，涉及一種制備窄粒徑分布的鎳鈷錳三元材料前驅體材料的裝置。

背景技術

鋰電池的應用范圍很廣，除了傳統的3C小家電，鋰電池還被用于水力、火力、風力和太陽能電站等儲能電源系統，郵電通訊的不間斷電源，以及電動工具、電動自行車、電動摩托車、電動汽車、軍事裝備、航空航天等多個領域。

正極不僅作為電極材料參與電化學反應，還要作為鋰離子源，所以正極材料應盡量滿足以下條件：比容量大、工作電壓高、充放電的高倍率性能好、循環壽命長、安全性好等。正極材料在鋰電池的總成本中占據40％以上的比例，并且正極材料的性能直接影響了鋰電池的各項性能指標，所以鋰電正極材料在鋰電池中占據核心地位。

三元正極材料有明顯的三元協同效應，綜合了鎳、錳、鈷各自的優點，具有成本較低、比容量較高、循環性能穩定等優點，其電化學性能主要受到前驅體材料品質的影響。前驅體材料的主要性能指標包括了振實密度、平均粒徑、顆粒球形度等等。采用共沉淀法制備三元材料前驅體過程中，由于二次顆粒均由一次顆粒組成，對二次顆粒形成過程及形成方式進行控制，對二次顆粒的形貌很大影響。

現有工藝生產的三元前驅體材料的顆粒大小不一，粒徑分布跨度較大，一般范圍都在1.2～ 1.6。由于在充電過程中極化的原因，小顆?？偸沁^度脫鋰而結構被破壞，并且在充電態高鎳小顆粒與電解液的副反應更加劇烈，高溫下將更加明顯，這些都導致小顆粒循環壽命較快衰減，而大顆粒的情況正好相反。材料整體的循環性能實際上是由小顆粒所決定的，這也是制約三元材料循環性進一步提升的重要因素。所以，就必須生產粒徑大小均勻一致(粒徑分布跨度小于0.8)的三元材料，從而盡可能的避免小顆粒和大顆粒的存在。

根據已有文獻報道，目前工業上主要采用氫氧化物共沉淀法制備鎳鈷錳三元正極材料前驅體，然后用高溫固相法合成最終產品。氫氧化物沉淀反應過程中各種工藝參數都影響著顆粒的形貌和粒徑分布，如：鎳鈷錳鹽溶液濃度、堿濃度、氨水濃度、反應溫度、反應過程pH 值等等。

其中，專利CN107640792提到的高密實小粒徑NCM前驅體制備方法中，引入了晶種制備和烘干篩分兩個步驟來實現材料粒徑分布跨度的縮小。干燥后經200目篩后得到的鎳鈷錳氫氧化物的粒徑d10≥2微米，d50＝2.5～4微米，d90≤6微米，但小粒徑顆粒無法再次利用，只能廢棄。從該專利提供的電鏡圖片上也可以看出，篩分后顆粒均一性有所提高，但球形度不佳。

專利CN107572603中提到一種制備球形小粒徑NCM前驅體的方法，通過控制pH，合成時間和陳化時間得到了粒徑范圍為4～5μm的前驅體顆粒。從其公布的電鏡圖片和粒徑分布圖上看出，雖然D50減小，但顆粒大小不一，均一性不好。

綜上，現有技術中存在前驅體顆粒均一性不佳，制備過程工序復雜等缺點。

實用新型內容

本實用新型旨在提供一種制備窄粒徑分布的鎳鈷錳三元材料前驅體材料的裝置，以解決現有技術中前驅體顆粒均一性不佳的技術問題。