[發(fā)明專利]一種微格反應(yīng)器和用于鋰電池正極材料前驅(qū)體的制備方法及其應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110276623.1
• 申請(qǐng)日: 2021-03-15
• 公開（公告）號(hào): CN113066974A
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 顧慶文;賽喜雅勒?qǐng)D;邱報(bào);劉兆平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所
• 主分類號(hào): H01M4/485
• 分類號(hào): H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 王歡

本發(fā)明提供了一種微格反應(yīng)器和用于鋰電池正極材料前驅(qū)體的制備方法及其應(yīng)用，微格反應(yīng)器包括反應(yīng)釜筒體；設(shè)置于所述反應(yīng)釜筒體內(nèi)的導(dǎo)流筒；伸入所述導(dǎo)流筒內(nèi)的攪拌軸；所述攪拌軸上設(shè)有攪拌裝置；所述導(dǎo)流筒的筒壁上設(shè)有多個(gè)開口。本發(fā)明提供的微格反應(yīng)器在具有多個(gè)開口的導(dǎo)流筒的輔助作用下,使得反應(yīng)器內(nèi)部建立多個(gè)內(nèi)外循環(huán),在多方面協(xié)同作用下可減小材料尺寸,使得反應(yīng)更加充分均勻,從而達(dá)到顆粒尺寸可控。采用上述微格反應(yīng)器制備的用于鋰電池正極材料前驅(qū)體經(jīng)過混鋰、燒結(jié)改性后得到的鋰離子電池正極材料的高壓實(shí)、高倍率且循環(huán)穩(wěn)定性好是高能量密度、長(zhǎng)壽命鋰離子電池重要選擇。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于正極材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種微格反應(yīng)器和用于鋰電池正極材料前驅(qū)體的制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

鋰離子電池作為二次電池，已經(jīng)成熟商業(yè)化應(yīng)用于3C電子產(chǎn)品、移動(dòng)電源、電動(dòng)工具及電動(dòng)自行車等小型動(dòng)力電池領(lǐng)域，所使用的正極材料主要包括磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰及三元材料等，其實(shí)際比容量均低于200mA·h/g。隨著全球能源格局的改變及鎳鈷錳資源的供應(yīng)限制，具有高比容量(250mA·h/g)、低成本的富鋰錳基正極材料引起了研究人員的廣泛關(guān)注，有望商業(yè)化作為下一代動(dòng)力電池的正極材料，例如混合動(dòng)力車(HEV)或者純電動(dòng)車(EV)。

目前合成富鋰錳基三元材料的方法主要包括高溫固相法、溶膠凝膠法、水熱合成法及共沉淀法等。其中，共沉淀法在液相化學(xué)合成粉體材料中應(yīng)用最為廣泛，產(chǎn)物中的有效組成可以實(shí)現(xiàn)原子、分子級(jí)別的均勻混合，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作容易。但是，受制于該工藝嚴(yán)格的生產(chǎn)條件，存在早期晶體顆粒成長(zhǎng)過快過大，最終所制備的前驅(qū)體顆粒粒徑分布寬，顆粒振實(shí)密度低等不足，從而限制了后續(xù)成品正極材料性能提升空間。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種微格反應(yīng)器和用于鋰電池正極材料前驅(qū)體的制備方法及其應(yīng)用，該微格反應(yīng)器制備的前驅(qū)體顆粒粒徑可控均一，形貌規(guī)整，振實(shí)密度高。

本發(fā)明提供了一種用于鋰電池正極材料前驅(qū)體合成的微格反應(yīng)器，包括反應(yīng)釜筒體；

設(shè)置于所述反應(yīng)釜筒體內(nèi)的導(dǎo)流筒；

伸入所述導(dǎo)流筒內(nèi)的攪拌軸；所述攪拌軸上設(shè)有攪拌裝置；

所述導(dǎo)流筒的筒壁上設(shè)有多個(gè)開口。

優(yōu)選地，多個(gè)所述開口以攪拌軸的軸線為中心鏡像分布。

優(yōu)選地，多個(gè)所述攪拌裝置安裝在攪拌軸上；

多個(gè)所述攪拌裝置沿?cái)嚢栎S的軸線依次排布。

優(yōu)選地，沿反應(yīng)釜筒體高度方向上，相鄰兩個(gè)攪拌裝置之間至少設(shè)有一個(gè)開口。

優(yōu)選地，所述反應(yīng)釜筒體的直徑D、導(dǎo)流筒與反應(yīng)釜的側(cè)壁間隙L、相鄰開口的高度間隙H、導(dǎo)流筒的內(nèi)徑d和開口的高度h之間滿足以下關(guān)系：

d＝(1/2～9/10)D；L＝(D-d)/2；H＝h＝(1/10～1/2)d。

優(yōu)選地，所述攪拌裝置設(shè)置的層數(shù)為1～16層。

優(yōu)選地，所述開口的層數(shù)和攪拌裝置的層數(shù)比為1:1。

本發(fā)明提供了一種用于鋰電池正極材料前驅(qū)體的制備方法，包括以下步驟：

將含鎳化合物、含鈷化合物、含錳化合物和水混合，得到混合鹽溶液；

將所述混合鹽溶液、沉淀劑、絡(luò)合劑和助劑加入上述技術(shù)方案所述的微格反應(yīng)器內(nèi)，在攪拌條件下進(jìn)行共沉淀反應(yīng)，得到鎳鈷錳前驅(qū)體；共沉淀反應(yīng)中通過控制反應(yīng)釜體系中固含量及攪拌速度使物料在反應(yīng)釜筒體內(nèi)形成渦流；

將所述鎳鈷錳前驅(qū)體陳化，洗滌，得到用于鋰電池正極材料前驅(qū)體。

優(yōu)選地，所述共沉淀反應(yīng)的pH值為7～12；共沉淀反應(yīng)的時(shí)間為10～120h；