[发明专利]三元材料前驱体的制备方法及其反应设备

说明书

技术领域

本发明涉及锂电池正极材料领域，特别是指一种三元材料前驱体的制备方法及其反应设备。

背景技术

三元材料是锂电池正极材料的一种，由于具有安全性好、克比容量高、价格低等优势，成为未来锂电池行业发展方向之一。三元材料的应用技术相对成熟，市场前景乐观。

目前三元材料前躯体的制备工艺主要是化学共沉淀法，尤其是采用搅拌反应釜制备镍钴锰三元材料前驱体。如CN105070903A公开的三元正极材料前躯体、制备方法及其用途，CN103746110A公开的一种镍钴锰三元材料的制备方法，均是采用共沉淀法反应釜制备三元材料前躯体。但采用反应釜制备的三元材料前驱体，由于物料在反应釜中混合不够均匀，混合时存在浓度差异，影响了产品质量；为了控制反应温度，加料不能太快，使得每釜反应时间长达15-30小时；而且，边反应边结晶沉淀，使得反应条件和结晶条件在整个反应过程中存在明显的差异，导致配比有差异、晶粒不均匀，晶粒控制难度大，产品稳定性较差；而为了改善反应条件，采取了高转速(600～1200rpm)的搅拌机构，不仅能耗大，还破坏晶粒结构。

有鉴于此，有必要研发一种制备三元材料前躯体的方法，使其反应产物稳定性好，同时反应时间短和反应条件控制精度高的。

发明内容

本发明提出一种三元材料前驱体的制备方法及其反应设备，解决了现有技术中产物稳定性差的问题。

本发明提出一种三元材料前驱体的制备方法及其反应设备，解决了现有技术中反应时间长、反应条件难以精确控制的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种三元材料前驱体的制备方法，包括：

混合镍盐、钴盐、锰盐的盐溶液，得到镍钴锰混合盐溶液；

或

混合镍盐、钴盐、铝盐的盐溶液，得到镍钴铝混合盐溶液；

将所述镍钴锰混合盐溶液、络合剂以及碱溶液通入微通道反应装置内，在所述微通道反应装置的换热段微通道中充分反应，随后进入结晶釜，结晶后进行后处理，得到三元材料前驱体。

作为优选的技术方案，所述换热段微通道反应器的温度控制在40℃～60℃之间，温度控制精度为±0.5℃～±5℃。

作为优选的技术方案，所述镍盐为硫酸镍、硝酸镍、镍的卤化物中的一种或几种；所述钴盐为硫酸钴、硝酸钴、钴的卤化物中的一种或几种；所述锰盐为硫酸锰、硝酸锰、锰的卤化物中的一种或几种；获得的三元材料前驱体为镍钴锰氢氧化物(NCM)。

作为优选的技术方案，所述镍盐为硫酸镍、硝酸镍、镍的卤化物中的一种或几种；所述钴盐为硫酸钴、硝酸钴、钴的卤化物中的一种或几种，所述铝盐为硫酸铝、硝酸铝、铝的卤化物中的一种或几种；获得的三元材料前驱体为镍钴铝氢氧化物(NCA)。

作为优选的技术方案，所述络合剂为氨水。

作为优选的技术方案，所述碱溶液为氢氧化钠溶液。

作为优选的技术方案，所述后处理包括固液分离和烘干固体物料的步骤。

作为优选的技术方案，所述烘干固体物料的温度为135℃-290℃。当温度为300℃时，得到的前驱体粉体有变质的可能。

一种制备三元材料前驱体的反应设备，包括：

络合剂储罐、碱液储罐、混合盐溶液储罐；

微通道反应装置，所述微通道反应装置上设有三个进料口和一个出料口；每个所述储罐均与微通道反应装置上的一个进料口相连；所述储罐和进料口之间还设有精确计量泵；所述微通道反应装置内微通道段的外侧设有换热通道；

结晶釜，与所述微通道反应装置的出料口相连通；所述结晶釜包括搅拌装置和调温器；

过滤装置，与所述结晶釜的出料口相连通；所述过滤装置包括液体出料口和固体出料口；以及

干燥器，与所述过滤装置的固体出料口相连。

作为优选的技术方案，所述换热通道连接冷却水进口、冷却水出口、热油进口和热油出口。

作为优选的技术方案，所述结晶釜和过滤装置之间设有物料输送泵。

作为优选的技术方案，所述过滤装置的液体出料口与储液罐相连。

有益效果

(1)本发明用微通道反应装置取代了传统工艺中的夹套反应釜，制得的产物质量稳定，粒径均匀。

(2)本发明的物料是在精确计量后，在微通道内进行混合，混合均匀性好；而且反应时间短(0.1～1秒)，在流经微通道的过程中，瞬时完成充分混合和充分反应，每一滴物料的反应都是在相同的配比下完成的，而且整个工艺的反应条件也得到精确控制，因此可制得高质量的三元材料前躯体。