[实用新型]制备锂离子二次电池正极材料前驱体的反应系统

说明书

技术领域

本实用新型属于锂离子二次电池正极材料制备领域，特别涉及一种制备 锂离子二次电池正极材料前驱体的反应系统。

背景技术

锂离子二次电池(以下简称：锂离子电池)是20世纪90年代开发成功的 新型高能电池。与传统的铅酸蓄电池、镍镉电池、镍氢电池相比，它具有工 作电压高、能量密度大、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应等优点，目 前已经广泛应用于手机、笔记本电脑、照相机、摄像机等便携式电子产品。 近年来，随着新能源汽车及电网储能的快速发展，对动力锂离子电池提出了 更高的要求。

正极材料作为锂离子电池的最重要组成部分，其性能在很大程度上决定 了电池的性能，从而直接决定了锂离子电池成本的高低，因此，研究和开发 高性能的正极材料，成为锂离子电池发展的最为关键的一环。目前常用的、 研发较为成熟的正极材料主要为锂过渡金属复合氧化物，包括氧化钴锂 (LiCoO₂)、氧化镍锂(LiNiO₂)、氧化锰锂(Li_xMn₂O₄)、磷酸亚铁锂(LiFePO₄) 等，国内外对此开展了大量基础研究并基本实现产业化。

与上述传统的正极材料相比，层状锂镍钴锰氧正极材料(简称三元正极材 料，LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂:其1/3<x<0.9，0<y<1/3)较好地兼备了钴酸锂、镍酸锂、 锰酸锂的优点，三元协同效应使其综合性能优于任一单组份化合物。其具有 高比容量、循环性能稳定、成本相对较低、安全性能较好等特点，已被证明 是动力电动车(EV)的理想选择，也被认为是最好的、能取代LiCoO₂的正 极材料。因此，该系列材料，被公认为现今最有发展前景的新型锂离子电池 正极材料之一。

目前国际主流的三元材料的制备普遍采用Ni、Mn、Co三元氢氧化物前驱 体配锂盐或氢氧化锂煅烧而成，而前驱体的球形球貌，振实密度，粒径大小， 比表面积，元素的化合价态稳定，对于三元材料性能有着极其重要的影响。

合成三元材料前驱体的方法主要有化学共沉淀法、溶胶凝胶法、乳液法、 燃烧法和固相法等，其中共沉淀法由于其工艺简单、适用性强、对设备、技 术要求不高，产物纯度高等优点，是合成均相近球型三元正极材料较为理想 的方法，但由于过渡金属离子的性能差异，导致在共沉淀反应中容易造成前 驱体组份分布不均匀，批次稳定性差，一次颗粒尺寸大、二次颗粒粒度分布 宽和颗粒团聚等缺陷。因此，寻求、发展一种能精确控制反应体系参数的设 备已成为能否成功制备高性能三元正极材料的关键。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种制备锂离子二次电池正极材 料前驱体的反应系统，其包括：反应釜体、供料子系统、搅拌子系统、控温 子系统、pH值检测控制子系统和控制器；所述反应釜体用于提供反应场所； 所述供料子系统的输料口伸入所述反应釜体的内部以向所述反应釜体内提供 用于制备锂离子二次电池正极材料前驱体的物料；所述搅拌子系统的搅拌桨 经所述反应釜体的顶端开口竖直伸入所述反应釜体的内部以提供搅拌动力； 所述控温子系统的温度调节装置与所述反应釜体连接以调节所述反应釜体内 的温度在反应体系的预设温度值范围内，其中所述反应体系为制备锂离子二 次电池正极材料前驱体的反应体系；所述pH值检测控制子系统的输液口伸 入所述反应釜体内部以调节所述反应釜体内的pH值至所述反应体系的预设 pH值范围内；所述控制器与所述供料子系统、所述搅拌子系统、所述控温子 系统和所述pH值检测控制子系统连接，用于控制所述物料子系统、搅拌子 系统、所述控温子系统和所示pH值检测控制子系统执行动作。

在如上所述的反应系统中，优选，所述供料子系统包括：储液槽，所述 储液槽内储存有所述物料；以及物料恒流泵，所述物料恒流泵的进液口经管 道与所述储液槽连通，所述物料恒流泵的排液口作为所述供料子系统的输料 口，所述物料恒流泵的控制端与所述控制器连接。

在如上所述的反应系统中，优选，所述供料子系统的数量为两套；一套 所述供料子系统向所述反应釜体内提供金属盐，另一套所述供料子系统向所 述反应釜体内提供氨水。