[发明专利]一种连续制备三元材料的设备及方法

说明书

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，尤其涉及一种连续制备三元材料的设备，包括依次通过管道连接的射流管式反应器、超声陈化池、第一鼓膜式板框压滤机、预干燥设备、湿法搅拌球磨机、第二鼓膜式板框压滤机、打浆机、砂磨机、物料输送泵、喷雾干燥塔和气氛烧结炉，所述射流管式反应器连接有混合盐溶液储罐和共沉淀剂储罐。相对于现有技术，本发明能够增强共沉淀反应的可控性，缩短制备周期，减少能耗和废水排放，实现批量连续生产，适用于工业制备三元材料的实际应用。此外，本发明通过调节镍钴锰的比例参数，可获得不同类型的三元材料，以满足不同的应用需求。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，尤其涉及一种连续制备三元材料的设备及方法。

背景技术

锂离子电池被广泛应用于电子通信设备、电动汽车等领域。随着技术的不断发展，人们对锂离子电池能量密度、稳定性等的要求也越来越高。正极材料作为锂离子电池的重要组成部分，其性能直接决定了锂离子电池的性能，其成本的高低也直接影响锂离子电池的价格。常见的商用锂离子电池正极材料有钴酸锂、锰酸锂、三元材料(NCM、NCA)和磷酸铁锂等。其中三元材料兼顾了镍、钴、锰(或镍、钴、铝)三种材料的优点，具有较高的能量密度和较好的循环性能，而且用价格低廉的镍锰代替成本较高的钴材料，同时兼顾了成本优势。

在众多的三元材料制备方法中，共沉淀法与高温固相法结合是目前工业上的主流方法。首先是三元前驱体生产企业采用共沉淀法制得三元前驱体干粉，然后是三元材料生产企业将锂源和前驱体按计量比直接球磨混合，先在低温下预烧处理，再研磨后高温煅烧制得三元材料粉体产物。该法由于应用的是干粉，且完全依赖机械混合，原料混合均匀性差，所制备三元材料的一致性和稳定性差。

目前，工业上共沉淀法制备三元前驱体大都是在反应釜内进行的，由于反应釜本身的搅拌混合方式强度不高，物料要达到均匀混合需要较长的时间，但是三元前驱体共沉淀反应的速度却很快，使得反应产物的颗粒一致性差。特别是在长达十几小时的在反应和陈化过程中，还需要持续的搅拌和保温，反应能耗大。陈化后的三元前驱体又需要洗涤、过滤和干燥，才能制得最终的干粉。而多次的洗涤又会不可避免的产生大量的废水排放，干燥过程也必然会产生颗粒的团聚和大量的能源消耗。

综上可见，共沉淀法与高温固相法结合的三元材料制备过程存在着流程长、可控性差、能耗高、污染大，以及所制备三元材料一致性和稳定性差等诸多问题。

有鉴于此，本发明旨在提供一种连续制备三元材料的设备及方法，其能够增强共沉淀反应的可控性，缩短制备周期，减少能耗和废水排放，实现批量连续生产，适用于工业制备三元材料的实际应用。此外，本发明通过调节镍钴锰的比例参数，可获得不同类型的三元材料，以满足不同的应用需求。

发明内容

本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种连续制备三元材料的设备，其能够增强共沉淀反应的可控性，缩短制备周期，减少能耗和废水排放，实现批量连续生产，适用于工业制备三元材料的实际应用。此外，本发明通过调节镍钴锰的比例参数，可获得不同类型的三元材料，以满足不同的应用需求。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种连续制备三元材料的设备，包括依次通过管道连接的射流管式反应器、超声陈化池、第一鼓膜式板框压滤机、预干燥设备、湿法搅拌球磨机、第二鼓膜式板框压滤机、打浆机、砂磨机、物料输送泵、喷雾干燥塔和气氛烧结炉，所述射流管式反应器连接有混合盐溶液储罐和共沉淀剂储罐。

作为本发明连续制备三元材料的设备的一种改进，所述射流管式反应器和所述混合盐溶液储罐之间设置有第一恒流泵，所述射流管式反应器和所述共沉淀剂储罐之间设置有第二恒流泵。

作为本发明连续制备三元材料的设备的一种改进，所述射流管式反应器内设置有螺旋形的通道，所述通道置于超声装置内，物料在射流管式反应器中撞击混合，并在螺旋形的通道内进行充分反应。