[发明专利]使用套管式换热器的电极活性材料的制备

说明书

技术领域

本发明涉及通过使用超临界水热合成法和套管式换热器来制备电极活性材料的装置及方法。

背景技术

可以通过各种方法来制备电极活性材料。制备二次电池的电极活性材料的方法有固相法、共沉淀法、水热法、超临界水热法、溶胶-凝胶法及烷氧基化合物法等。

对于锂二次电池的阴极活性材料，若使用超临界水热合成法，则粒子的结晶性会大幅地提升，并有可使初级粒子的平均粒径在数十至数百纳米的范围内的优点。

有关超临界水热合成法，进行许多研究从而确立反应物的混合及反应条件。也进行了许多关于颗粒结晶性的研究。然而，关于使用超临界水热合成法来连续制备二次电池的阴极活性材料的方法的研究非常不足，仅仅只有关于反应物的混合方式和投入方式的一些研究。

连续式超临界水热合成法具有许多优点，然而，却具有使方法稳定性降低的问题。

具体而言，在通过采用连续式超临界水热合成法来制备锂二次电池的阴极活性材料时，由于在超临界状态下的流体的密度及粘度低(超临界状态的水的密度为室温水的密度的1/4至1/6)。因此，流体中包含的固体颗粒沉淀在装置的管内而阻塞，阻碍流体的顺利流动。特别是在属于流体通路的管的死角地带(dead zone)，会发生回流或涡流(eddy)，并且流体中保护的固体颗粒沉淀并堆积。而且，如果流体没有合适的湍流特性，因颗粒与流体的密度差和粘度差，会发生离子或微粒沉积在壁表面的结垢(scaling)现象，导致固体颗粒沉淀在装置内。

由于阻塞会使阴极活性材料的制备方法的压力增加而无法连续运转，因此，必须要有工艺的停止、维持和修补。然而，工艺频繁地开始及停止会缩短设备寿命，并增加维持和修补费用，且使连续生产困难，并造成工艺运转、原料及设备费用的增加，并且产品的制备单价上升。而且，工艺频繁地开始及停止可能减低初级颗粒的结晶性。而且，阻塞会使设备内的压力急速上升，并增加安全事故的风险。

因此，使用连续式超临界水热合成法制备电极活性材料时，必须抑制设备内阻塞的发生。

发明内容

要解决的问题

本发明的目的是在使用超临界水热合成法来连续制备电极活性材料的方法，减少阻塞及结垢的发生。

技术方案

本发明提供一种制备电极活性材料的装置，其包括：反应器，所述反应器通过采用超临界水热合成法生成电极活性材料；以及套管式换热器，所述套管式换热器将从所述反应器排出的产物冷却至次临界范围以下。

本发明提供一种连续制备电极活性材料的方法，其包括通过采用超临界水热合成法来形成电极活性材料，以及通过使用套管式换热器来将含有所述电极活性材料的流体冷却至次临界范围以下。

技术效果

如果根据本发明连续制备电极活性材料，可以抑制工艺中阻塞及结垢的发生，工艺可安定连续地运转，且可减低工艺的维持费用，并增加工艺设备的寿命。而且，本发明制备的电极活性材料可增加颗粒的结晶性，并延长电池的寿命。

附图说明

图1是显示管内径急遽变化的例子(内表面的倾斜角θ=90°)。

图2是显示管内径无变化的例子。

图3是显示管内径缓慢变化的例子(内表面的倾斜角θ约为150°)。

图4(a)是显示管内发生阻塞的例子的相片。图4(b)是显示管内未发生阻塞的例子的相片。

图5(a)是显示在250bar压力下水的密度随着温度变化而变化的图表。图5(b)是显示在250bar压力下水的粘度随着温度变化而变化的图表。

图6是显示根据本发明具体实施方式的制备电极活性材料的方法。

具体实施方式

本发明提供制备电极活性材料的装置，其包括：反应器，所述反应器通过采用超临界水热合成法生成电极活性材料；以及通过采用套管式换热器，将从所述反应器排出的产物冷却至次临界范围以下。

根据本发明，电极活性材料的原料在超临界环境反应之后，直至反应产物是历经后续工艺脱离次临界区域为止，装置内提供的管的内径的变化为一定水平以下。

图1、图2及图3是显示管内表面的倾斜角的θ相互不同的例子。

从反应器至套管式换热器之间的区域的管可为内表面的倾斜角θ为110°以上的管。优选角度θ为140°以上。最优选管内径无变化。

如果角度θ如上所述，流经管内部的流体不会产生回流或涡流。若装置存在有管内径急剧改变的部分，则容易发生阻塞并阻碍流体流动。

优选通过套管式换热器的流体沿重力方向流动。