[發明專利]窄粒徑分布的三元前驅體反應裝置

有效

• 申請號: 202010690371.2
• 申請日: 2020-07-17
• 公開（公告）號: CN111939859B
• 公開（公告）日: 2021-12-14
• 發明（設計）人: 羅愛平;吳芳
• 申請（專利權）人: 廣東芳源環保股份有限公司
• 主分類號: B01J19/18
• 分類號: B01J19/18;C01G53/00;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 賀育武;馮劍明

本發明提供了一種窄粒徑分布的三元前驅體反應裝置，包括反應裝置本體和攪拌裝置，所述反應裝置本體上設有進料口和卸料口；還包括有使反應裝置內的三元前驅體溶液濃度提高的提濃裝置，所述提濃裝置促進反應裝置內的三元前驅體溶液反應生成窄粒徑分布的三元前驅體。

技術領域

本發明屬于新能源材料領域，具體而言，涉及窄粒徑分布的三元前驅體反應裝置。

背景技術

鋰離子電池在電動汽車應用市場發展迅猛，開發具有高比能量密度的鋰離子電池，降低動力電池成本以提升新能源汽車對燃油汽車的競爭力，已成為當前迫切需求。三元正極材料具有比磷酸鐵鋰材料更高的可逆容量和電壓平臺，比鈷酸鋰材料明顯的成本優勢，成為當前電動乘用車的主要選擇方案。

在電池充放電過程中，三元正極材料中過于小的顆粒與電解液有更大的接觸面積，且鋰離子在顆粒內部遷移距離短，因而在正常充放電過程中容易造成過充、過放，而過于大的顆粒則相反，充放電不充分容易造成電池容量發揮低于預期。而窄粒徑分布的三元材料不僅能夠減少過充、過放可能引起的安全問題和電池失效問題，有利于降低電池極化，提升電池安全性，還能夠明顯提升制漿的穩定性和涂布的均勻性，進而提升電池的循環壽命。三元前驅體是生產三元正極的關鍵性材料，其通過與鋰源混合燒結制成三元正極材料，三元前驅體的粒徑分布直接決定三元正極材料的粒徑分布，因此，制備窄粒徑分布的三元前驅體對于提升電池綜合性能具有十分重要的意義。

目前，三元前驅體的制備過程中，通用的方法均為“兩步法”。如CN110550667A中所公開：在晶種釜中反應后，用泵分別打入若干個反應釜中，在若干個反應釜中，分別單獨反應，待若干個反應釜內液體到溢流口時，溢流到對應的中間罐，從中間罐用泵打入提濃罐，提濃罐內濾芯孔徑為0.01-0.5um，將漿料中的固體顆粒過濾，清液從出清口排出，過濾后的物料回流到若干個反應釜中，使若干個反應釜中的固體含量能升高到300-900g/L，粒徑達到目標值后，反應結束，將固液分離，用去離子水洗滌固液分離所得的正極材料前驅體，最后進行干燥處理，即制備得到所述鋰離子電池前驅體。又如CN110600683A中所公開：將金屬鹽溶液、液堿、氨水通過計量泵均勻加入反應釜中，反應釜料液滿后通過溢流口流入陳化槽中，陳化槽中漿料通過氣動隔膜泵打入提濃機中，提濃機通過內部濾芯管道將部分清液排出，形成的濃漿回流至反應釜中，整個過程中陳化槽液位保持相對穩定值，高于穩定液位的物料通過氣動隔膜泵抽往離心機洗滌。

采用中間罐，提濃罐等方式對溢流液進行沉降后，再采用泵輸送至反應釜中繼續長大，一方面會導致部分三元晶核粒子在泵管中進行輸送時，相互擠壓，破壞前驅體表面形貌或者擠破前驅體球體；另一方面進入中間罐或提濃罐的這一部分三元晶核粒子在離開初始反應體系后，再重新進入反應釜進行反應時，會導致生長不均勻，得到的三元前驅體顆粒大小不均一的情況產生，而三元前驅體材料的粒徑分布會直接影響電池的壽命等關鍵性能。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發明的一個目的在于提供了一種窄粒徑分布的三元前驅體。本發明的第二個方面，還提供了一種窄粒徑分布的三元前驅體的制備方法。本發明的第三個方面，還提供了一種窄粒徑分布的三元前驅體反應裝置，用于制備該窄粒徑分布的三元前驅體反應裝置，對粒徑分布的控制精準，適合間歇式連續生產過程，能夠實現窄粒徑分布的三元前驅體的連續化生產。

需要說明的是，本發明中，窄粒徑分布的三元前驅體是指粒徑分布集中度高，粒徑分布范圍較窄，本領域技術人員能夠理解并清楚所指。例如在本發明中的一些實施方式是指，激光粒度測試時，只有一個波峰，且波峰體積密度在15％及以上。

本發明所采取的技術方案是：

第一方面，本發明提供了一種窄粒徑分布的三元前驅體，所述三元前驅體的化學組成為Ni_xCo_yM_1-x-y(OH)₂，其中，0.40≤x≤0.98，0.02≤y≤0.3，x+y＜1。