[发明专利]用于制备电池单元材料的多阶段工艺和系统

摘要

提供了用于将一种或多种前驱体化合物多步加工成电池材料的一种体系及其方法。所述体系包括雾生成器、干燥室、一个或多个气‑固分离器和一个或多个顺序反应模块，其包括一个或多个气‑固进料器、一个或多个气‑固分离器和一个或多个反应器。在干燥室、气‑固进料器和反应器的内充气室中形成了多个气‑固混合物。此外，热空气或热气用作加工体系中的能量来源，并且作为气体源，用于形成气‑固混合物，以促进其中反应速率和反应的均一性。连续地将前驱体化合物运入加工体系中，并且顺序地通过干燥室和反应模块的内充气室来加工成作为电池材料有用的最终的反应颗粒。 1

主权项

1.一种生产用于电池电化学单元的材料的方法，其包括：

形成含有第一气体的第一混合物；

在第一温度下以第一停留时间将所述第一混合物干燥为室产物；

将所述室产物分离为第一类型的固体颗粒和第一副产物；

由所述第一类型的固体颗粒和第二气体的料流形成第二混合物，并在第二温度下反应；

将所述第二混合物分离为第二类型的固体颗粒和第二副产物，并将所述第二类型的固体颗粒运入反应器中；

在所述反应器内由所述第二类型的固体颗粒和加热至第三温度的第三气体的料流形成第三混合物；

使所述第三混合物在所述反应器内以第二停留时间反应，并形成反应的气‑固混合物；以及

从所述反应的气‑固混合物获得最终的反应的固体颗粒。

2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括产生雾以形成第一混合物以及在干燥室内干燥所述第一混合物，其中，所述雾包括一种或多种包含金属的前驱体的液体混合物，所述第一类型的固体颗粒包括一种或多种包含金属的前驱体，并且一部分所述第二类型的固体颗粒包括部分反应的包含金属的颗粒。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述雾包括含金属的化合物,所述含金属的化合物选自金属盐。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述金属盐选自含锂的化合物、含钴的化合物、含锰的化合物、含镍的化合物、含铝(Al)的化合物、含钛(Ti)的化合物、含钠(Na)的化合物、含钾(K)的化合物、含铷(Rb)的化合物、含钒(V)的化合物、含铯(Cs)的化合物、含铬(Cr)的化合物、含铜(Cu)的化合物、含镁(Mg)的化合物、含铁(Fe)的化合物及其组合。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述金属盐选自硫酸锂(Li₂SO₄)、硝酸锂(LiNO₃)、碳酸锂(Li₂CO₃)、醋酸锂(LiCH₂COO)、氢氧化锂(LiOH)、甲酸锂(LiCHO₂)、氯化锂(LiCl)、硫酸钴(CoSO₄)、硝酸钴(Co(NO₃)₂)、碳酸钴(CoCO₃)、醋酸钴(Co(CH₂COO)₂)、氢氧化钴(Co(OH)₂)、甲酸钴(Co(CHO₂)₂)、氯化钴(CoCl₂)、硫酸锰(MnSO₄)、硝酸锰(Mn(NO₃)₂)、碳酸锰(MnCO₃)、醋酸锰(Mn(CH₂COO)₂)、氢氧化锰(Mn(OH)₂)、甲酸锰(Mn(CHO₂)₂)、氯化锰(MnCl₂)、硫酸镍(NiSO₄)、硝酸镍(Ni(NO₃)₂)、碳酸镍(NiCO₃)、醋酸镍(Ni(CH₂COO)₂)、氢氧化镍(Ni(OH)₂)、甲酸镍(Ni(CHO₂)₂)、氯化镍(NiCl₂)及其组合。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一温度在70℃至600℃之间。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在进入所述干燥室之前，所述第一气体被预热到70℃至600℃之间的温度。

8.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：

将所述反应的气‑固混合物分离为最终的反应的固体颗粒和第三副产物。

9.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：

使一个或多个冷却流体的料流流动以冷却所述最终的反应的固体颗粒。

10.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：

由所述最终的反应的固体颗粒和冷却流体的料流形成冷却的气‑固混合物，以冷却所述最终的反应的固体颗粒；以及

将所述冷却的气‑固混合物分离为冷却的最终的反应的固体颗粒和第四副产物。

11.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：

从所述第二类型的固体颗粒和一个或多个预热至第四温度的气体的料流形成额外的气‑固混合物，以及在所述反应器中形成第三混合物之前，将额外的气‑固混合物分离为额外类型的固体颗粒。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一温度比所述第二温度低，所述第二温度比所述第三温度低，并且所述第三温度在400℃至1300℃之间。

13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一气体、所述第二气体、所述第三气体均包括选自空气、二氧化碳、氧化气体、氮气、还原气体、惰性气体及其组合的气体。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述氧化气体为氧气；所述还原气体为氢气。

15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一副产物和所述第二副产物均包括选自水(H₂O)蒸汽、有机溶剂蒸汽、含氮气体、含氧气体、含碳气体、含氢气体、含氯气体、含硫气体、第一类型的固体颗粒的小颗粒、第二类型的固体颗粒的小颗粒和其组合的气体。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述含氮气体选自氮气(N₂)、NO、NO₂、N₂O、N₄O、NO₃、N₂O₃、N₂O₄、N₂O₅、N(NO₂)₃和其组合的气体。

17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述含氧气体选自O₂和O₃。

18.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述含碳气体选自二氧化碳(CO₂)和CO。

19.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述含氢气体为H₂。

20.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述含氯气体为Cl₂。

21.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述含硫气体为SO₂。

22.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述最终的反应的固体颗粒包括选自金属氧化物、磷酸锂铁、磷酸锂钴、磷酸锂锰、磷酸锂镍、磷酸钠铁及其组合的材料。

23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述金属氧化物选自氧化钛、氧化铬、氧化锡、氧化铜、氧化铝、氧化锰、氧化铁、具有掺杂的金属的混合金属氧化物及其组合。

24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述具有掺杂的金属的混合金属氧化物选自具有两个或多个金属的氧化物。

25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述具有两个或多个金属的氧化物选自具有三个或四个插层的金属的金属