[发明专利]用快速管道反应器制备镍钴锰酸锂电池正极材料的方法

说明书

[技术领域]

本发明涉及锂子电池领域，特别是涉及一种用快速管道反应器制备镍钴锰酸锂电池正极材料的新工艺方法。

[背景技术]

近年来国际上普遍认为镍钴锰酸锂是高能动力电池的最佳新型正极材料。其主要优点表现在：

1.能解决其它现有正极材料不能解决的安全问题，所以安全性能大大提高。镍钴锰酸锂集聚了钴酸锂/镍酸锂/锰酸锂各自的优点，具有容量高、循环性能好等优点，已出现了取代市场上钴酸锂的趋势。主要适用于：(1)小型锂离子电池用正极材料；(2)动力型锂离子电池用正极材料。

2.无毒、无污染，是真正的绿色能源。

3.循环寿命非常长，可以满足电动车频繁充放电的需要。

4.无记忆效应，可充电池在经常处于充满不放完的条件下工作，容量会迅速低于额定容量值，这种现象叫做记忆效应。像镍氢、镍镉电池存在记忆性，而锂离子电池无此现象，电池无论处于什么状态，可随充随用，无须先放完再充电。

综上，镍钴锰酸锂具有无毒、无污染、安全性能好、原材料来源广泛、价格适中，寿命长等优点，是新一代锂离子电池的理想正极材料。对该类材料进行深入研究并积极推进其产业化步伐，是解决电动车辆用长寿命、安全型、低成本的锂离子电池的关键，该类材料的快速产业化不仅具有很大的经济效益，还具有深远的战略意义，有利于我国乃至全球经济的可持续发展。

据有关镍钴锰酸锂生产可行性分析报告，2009年，锂离子动力电池总需求量为50.69亿Ah(单体电池工作电压3.6伏)，折算为正极材料其消耗量为36200吨。而以上数据仅仅只包含了国内市场，考虑到国外市场的拓展及电动轿车的潜在发展，对动力型锂离子电池正极材料的需求量要远远超出36200吨。综合上述分析，镍钴锰酸锂作为新型高能锂离子电池的正极活性材料及电子材料产品，随着电池工业及电子工业的发展，具有广阔的市场前景。在未来的五年内，镍钴锰酸锂的市场需求量将达10万吨以上，尤其是在动力型电池应用方面对镍钴锰酸锂的需求将大幅增加。

新型锂离子正极材料——镍钴锰酸锂是一种容量比较高的材料，其比容量比钴酸锂高出30％以上，和钴酸锂有相同的上下限电压，而且安全性也相对较好，价格相对较低，与电解液的相容性好，循环性能优异，更为重要的是其成本仅为钴酸锂的一半，是非常有前途的正极材料。此材料正逐步取代钴酸锂而成为在小型通讯和小型动力领域应用的主流正极材料。

CN101355161A，CN1622371A，和CN1964103A三项专利，采用了不同的水热法合成镍钴锰酸锂电池正极材料的方法，都采用水热法沉淀反应用来制备，前者用高压釜在温度250℃左右反应5小时以上再冷却到常温出料；后二项专利采用氨液共沉淀法，用反应釜常温反应50小时以上，二者的共同缺点是反应时间较长，间歇操作，单位设备产能低，成本高，投资大。

CN101215011A采用共沉淀燃烧法，其实质是氨水共沉淀后在400～600℃下把草酸根烧掉，该工艺与上述水热法无原则差异。加入燃烧过程后给大型化和操作上带来不少麻烦。

CN101226998A和CN102328961A二项专利，均为固相法。前者为二次烧结固相法，后者为镍钴合金粉固相法，优点是无废液，无杂相离子的介入，但仍需在三种元素的均匀混合上进行严格监控以避免操作差异、研磨混合均匀性的影响；另外还需关注粉体材料无规则颗粒组成而造成的振实密度低的问题。

[发明内容]

本发明属于改进的水热沉淀法合成镍钴锰酸锂电池正极材料的新工艺方法。

本发明的目的是提供一种快速管道反应器制备镍钴锰酸锂电池正极材料的新工艺方法。相比现有技术具有工艺间单，连续自动化生产，产量大，成本低，投资少，产品质量优，粒度均匀，振实密度大，比容量高，循环性能好寿命长，安全性能高稳定性好等。本发明的另一目的是解决现有生产中产品颗粒形状不规则，杂相多的缺点。原工业中采用高压反应釜压煮5-6小时的反应时间(不含进出料时间)，采用管道化合成后仅需停留15分钟即可实现，不仅提高了产出率5-10倍，快速反应也减少了杂相的生成，且大大地提高了生产能力，简化了生产工艺，降低了生产成本；在本发明工艺中采用了管道化反应器后，经计算，年产2万吨的镍钴锰酸锂前驱体材料仅需Φ50mm的管道1000米左右的装置即可完成，连续生产，自动化控制，其产量、质量均是压力釜水热法无法比拟的。合成中合成物料粒度和形貌结构的控制可通过物料流速(即停留时间)来改变。