[实用新型]生产锂离子电池多元正极材料前驱体的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及锂离子电池制造领域，尤其涉及一种生产锂离子电池多元正极材料前驱体的装置。

背景技术

随着电动汽车等新能源技术的发展，作为其核心技术的动力电池技术是国内外电动汽车竞争的一个焦点问题，而动力电池中正极材料是关键材料之一。

目前，电动车电池使用的正极材料主要有钴酸锂(LiCoO₂)、磷酸铁锂(LiFePO₄)、锰酸锂(LiMn₂O₄)和三元材料(LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂、LiNi_xCo_yAl_1-x-yO₂)等，LiCoO₂在小型充电电池的领域中具有重要应用，其具有工作电压高、比能量大、循环性能好等优点，但该材料价格昂贵，抗过充电性能较差，安全性较低。与LiCoO₂相比，LiFePO₄能量密度较低，电阻率较大，但其优势是热稳定性好，安全性高。而LiMn₂O₄具有安全性好、原料锰的资源丰富、价格低廉及无毒性等优点，但高温性能较差，存在Jahn-Teller效应，产生锰原子溶液导致结构畸变，导致容量衰减过快。以上材料均很难成为动力电池正极材料的最佳选项。

在此背景下，三元(LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂、LiNi_xCo_yAl_1-x-yO₂)材料、富锂材料、镍锰二元材料等多元固溶体高能量密度正极材料备受到了青睐并逐渐商业应用化。例如三元材料则综合了镍酸锂、钴酸锂以及锰酸锂三类材料的优点，存在镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)三种元素的协同效应，具有容量高、电压高、循环寿命长等优势，受到了更加广泛的重视，作为锂离子动力电池的正极材料是非常具有竞争潜力的。

三元等多元固溶体正极材料的制备方法和其他正极材料类似，一般有溶胶凝胶法、球磨固相法、水热法、共沉淀法等，溶胶凝胶法是指先在溶液中使原料形成稳定的溶胶、凝胶，经干燥、烧结后制备出成分均匀的材料。溶胶凝胶法使原料在分子间水平共混，工艺较为简便。但材料形貌均一性差，颗粒不均匀，锂镍混排程度较高，易形成杂相。

球磨固相法主要是采用金属盐等作为原材料，通过机械球磨混合均匀后进行高温锻烧。固相法较为简单易行，容易控制，但制备的材料颗粒较大，物相均一性较差。且球磨固相法制备的材料有固溶不完全的现象，有缺陷。而水热法等需在一定的高压条件，条件较为苛刻且对反应设备的材质要求较高，难以控制材料的化学计量比。

三元等多元固溶体正极材料的形貌、颗粒大小、粒度分布对电池的电化学性能影响非常大，而电池材料的物理性能很大程度上取决于前驱体的物理性能指标，因此目前制备该类正极材料多采用共沉淀法先制备出均匀形貌的前驱体，然后再通过与锂盐混合煅烧来获得最终材料。该方法可以使盐离子之间充分接触达到原子级别反应，使前驱体结晶的形貌易于控制，粒径分布均匀，振实密度高。但该法在制备前驱体过程中对合成工艺要求较为严格，对反应温度，pH、搅拌速度、以及气氛均都需精确控制，因此对制备材料的设备的精密度和自动化程度的要求比较高，一般简易的制备装备很难满足上述要求。

实用新型内容

本实用新型提供了一种生产锂离子电池多元正极材料前驱体的装置，以解决共沉淀法生产多元正极材料工艺要求严格的问题。

生产锂离子电池多元正极材料前驱体的装置，包括：

反应釜，内设搅拌机构，底部设有物料出口，外部设有夹套；

投料机构，通过管道与反应釜顶部连接，用于往反应釜投入原料；

供气机构，通过管道与反应釜顶部连接，用于往反应釜输送保护气；

加热机构，通过管道与所述夹套的进口和出口连接，用于对通过夹套的换热介质进行加热；

检测机构，检测反应釜内的温度、pH值和压力；

控制机构，接收检测机构的检测信号，进而控制投料机构、供气机构和加热机构的运行。

所述控制机构可以选用现有的PLC控制器。

优选的，所述供气机构包括气罐、缓冲罐，所述气罐、缓冲罐和反应釜依次通过管道连接。