[发明专利]锂离子电池正极三元材料的混锂方法以及装置

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池正极三元材料的混锂方法以及装置。

背景技术

在现有的二次电池体系中，无论从发展空间，还是从寿命、比能量、工作电压和自放电率等技术指标来看，锂离子电池都是当前最有竞争力的二次电池。而锂离子电池的关键材料是正极材料，约占锂离子电池成本的30％－40％左右。目前市场上锂离子电池采用的正极材料主要有钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂和三元镍钴锰酸锂等。三元镍钴锰酸锂正极材料(简称三元材料)是一种新型的电池正极材料，与钴酸锂等其他材料相比，具有质量比容量高、热稳定性好、循环性能好、工作温度范围宽、能量密度大等优点。良好的综合性能，使得三元镍钴锰酸锂正极材料成为目前市场的主流，以及最具潜力的一种电池正极材料，在数码电子产品、电动自行车、电动工具等领域具有良好的应用场景。

目前，三元材料的制备方法主要采用三元材料前驱体与锂源干法混料、高温烧结、破碎、除铁、过筛、包装的方式，制备得到三元材料。其中，三元材料前驱体与锂源混合的均匀程度，直接影响烧结成品的粒径分布，球形颗粒大小，晶型结构以及球形表面微观形貌，进而影响材料的各项性能指标。由于锂源与前驱体的比重和粒径有很大差异，目前的这种干法混锂的方式一方面存在着环境污染问题，另一方面不可避免的存在着锂源与前驱体材料混合不均匀的问题，进而导致烧结后的产品出现富锂或缺锂，批次之间稳定性差，产品的电化学性能不能得到保证，严重影响产品的质量。此外，现有的混锂技术，影响混合度的工艺参数较多，例如前驱体与锂源的流动性、粉体附着性、环境的露点、混合机的转速、混合时间等，这些都影响着前躯体与锂源的混合效率，进而影响着生产效率。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种锂离子电池正极三元材料的混锂方法，该方法能够提高三元材料前驱体与锂源的混合效率，以及混合粒径的均匀性，同时能够防止粉尘污染，安全环保。

本发明的第二目的在于提供一种锂离子电池正极三元材料的混锂装置，该装置能够使得三元材料前驱体与锂源混合均匀，并且操作简单，容易控制，工作效率高，易于实现工业化规模生产。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

根据本发明的一个方面，本发明提供一种锂离子电池正极三元材料的混锂方法，包括以下步骤：

(a)称重：按比例称取三元材料前驱体、锂源和去离子水；

(b)湿法混料：先将锂源与去离子水混合搅拌至锂源全部溶解，再加入三元材料前驱体一起混合搅拌，得到均匀混合的悬浮液；

(c)喷雾干燥：将得到的悬浮液进行喷雾干燥，得到配锂混合物。

作为进一步优选技术方案，所述三元材料前驱体的化学式为Ni_xCo_yMn_z(OH)₂，其中x：y：z＝1：1：1、4：2：4、5：2：3、6：2：2或8：1：1。

作为进一步优选技术方案，所述锂源为单水氢氧化锂。

作为进一步优选技术方案，所述三元材料前驱体与锂源中Li的摩尔比为1：1～1.20；

优选地，所述三元材料前驱体的质量为所述锂源的质量的1～3倍，优选为1.8～2.2倍；

优选地，所述去离子水的质量为三元材料前驱体与锂源总质量的1～5倍，优选为2～3倍。

作为进一步优选技术方案，所述步骤(b)中，采用搅拌器对锂源、去离子水以及三元材料前躯体进行混合搅拌，混合搅拌的转速为2000～4000rpm，时间为40～90min。

作为进一步优选技术方案，所述步骤(c)中，采用压力喷雾干燥器进行喷雾干燥，雾化压力为0.05Mpa～0.75MPa，进风温度为200℃～350℃，出风温度为90℃～120℃。

作为进一步优选技术方案，所述搅拌器与喷雾干燥器之间设置有蠕动泵，将所述搅拌器中得到的悬浮液通过所述蠕动泵输送至喷雾干燥器中进行喷雾干燥。

根据本发明的另一个方面，本发明还提供一种实现以上所述方法的锂离子电池正极三元材料的混锂装置，包括依次连接的搅拌器、喷雾干燥器、收集机构和引风机。

作为进一步优选技术方案，所述收集机构包括旋风分离器和第一收集器，所述第一收集器位于所述旋风分离器的下方；

优选地，所述收集机构还包括第二收集器，所述第二收集器位于所述喷雾干燥器的下方；

优选地，所述收集机构还包括粉尘收集器，所述粉尘收集器通过引风机与旋风分离器连通。