[发明专利]一种锂离子电池材料合成设备及合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料制备领域，尤其涉及一种粒径可控的锂离子电池材料合成设备及合成方法。

背景技术

目前，锂离子电池材料磷酸铁锂、锰酸锂、镍锰酸锂、三元材料、钛酸锂等均采用常规固相球磨法、共沉淀法、溶胶凝胶法或水热法等方法生产，同时近年亦有文献CN102148374、CN103043639等报道喷雾热解结合湿法球磨和微波烧结等新型电池材料合成方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种锂离子电池材料的合成设备。

本发明要解决的另一个技术问题是提供一种锂离子电池材料的合成方法。

对于锂离子电池材料合成设备，锂离子电池材料包括磷酸铁锂、三元材料、钛酸锂、锰酸锂、镍锰酸锂和富锂材料，本发明采用的技术方案是：包括雾化进料器、流化床反应器、分离器和尾气净化器；雾化进料器包括原料储罐、高压气体储罐和置于流化床内腔的雾化喷嘴，高压气体储罐与原料储罐连接，原料储罐连接到雾化喷嘴；流化床反应器的顶端通过管道与分离器连接，流化床反应器外壁装有控温加热元件；分离器的顶端通过管道与尾气净化器连接，分离器的底部通过连通管道从流化床反应器的侧壁下端与流化床反应器连接，分离器底部还设有三通阀门和出料口，三通阀门控制连通管道与出料口的通断。

作为优选，流化床反应器的底部通过管道与流化载气加热器连接。

作为优选，雾化喷嘴安装在流化床反应器内腔的顶部、底部或侧壁。

作为优选，控温加热元件为带有温度控制装置的电加热元件。

作为优选，尾气净化器包括除尘装置、尾气吸收器和引风机；除尘装置、尾气吸收器和引风机依次通过管道连接。

作为优选，除尘装置为布袋除尘器；尾气吸收器为填充有物理或化学吸附剂的气体过滤器。

作为优选，分离器为旋风分离器。

本发明提供的锂离子电池材料合成设备，将目标锂离子电池材料所需原料通过进料器雾化喷入流化床反应器进行快速热解反应，经过分离器进行气固分离后，反应产生的固体通过分离器底部管道回到流化床反应器内或从出料口排出得到锂离子电池材料。由分离器底部的三通阀门控制固体粉末在高温流化床反应器内的循环反应时间，确保各原料在流化床反应器内充分反应，达到合成目标电池材料所需的粒径与结晶度。

本发明提供的锂离子电池材料合成设备也可以满足湿法球磨所得的浆料为原料进行喷雾热解，但后续需要添加其他固相烧结工序，才能保证所得材料的化学计量比的准确性。

对于锂离子电池材料合成方法，锂离子电池材料包括磷酸铁锂、三元材料、钛酸锂、锰酸锂、镍锰酸锂和富锂材料，本发明采用的技术方案是：将锂离子电池材料的原料以雾状喷入流化床反应器进行快速热解反应，经过气固分离后，反应产生的固体回到流化床反应器内或从出料口排出得到锂离子电池材料。

作为优选，锂离子电池材料的原料优选均匀溶液态混合物。

作为优选，快速热解反应温度为300～1100℃。

本发明锂离子电池材料合成方法，为了确保原料在喷入流化床反应器内形成流化态时不偏析，确保合成材料的化学元素配比，采用均匀的溶液混合物为原料，如合成镍锰酸锂时原料储罐中存储的可以是化学计量比的硝酸锂、硝酸镍和硝酸锰的水溶液混合物，合成LiFePO4/C 时原料储罐中存储的可以是化学计量比的硝酸锂、硝酸铁、磷酸和葡萄糖的水溶液混合物。

本发明的有益效果是：

可以实现合成材料的粒径均匀分布，同时，成品材料的粒径可以通过材料在流化床反应器内的停留时间来控制；反应设备可以间歇式操作，也可以实现连续式操作，满足不同生产工况需求。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明用于锂离子电池材料合成专用设备实施例的结构示意图。

1-原料储罐，2-氮气钢瓶，3-流化床反应器（高2m，内径0.5m）,4-旋风分离器，5-布袋除尘装置，6-尾气吸收器，7-置于流化床内腔顶部的雾化喷嘴（喷嘴可以安装在流化床顶部、侧面或底部），8-流化载气加热器，9-电加热元件，10-三通阀门，11-引风机。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。

图1是用于锂离子电池材料合成专用设备，由雾化进料器、流化床反应器3、旋风分离器4和尾气净化器组成。锂离子电池材料包括磷酸铁锂、三元材料、钛酸锂、锰酸锂、镍锰酸锂和富锂材料。