[发明专利]一种三元材料前驱体的制备设备及制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，尤其涉及一种三元材料前驱体的制备设备，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、物料输送泵和喷雾干燥塔，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，实现大量连续的制备，有利于其在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前驱物，以满足不同的应用需求。本发明还公开了一种采用以上设备制备三元材料前驱体的方法。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，尤其涉及一种三元材料前驱体的制备设备及制备方法。

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。

前驱体的制备在三元材料的应用中尤为关键，共沉淀法操作简单、反应稳定，是一种常用的三元材料前驱体制备方法。但传统的釜式共沉淀反应在工业应用中存在许多问题。物料在反应釜内进行混合反应时，由于反应釜本身的结构缺陷，混合不均匀，使得反应产物的颗粒一致性差，影响材料的性能。此外，在反应过程中需要对温度和pH进行严格的控制，加料不能过快，使得整个反应时间长达十几甚至几十个小时。在混合反应和陈化过程中，还需要进行搅拌，反应能耗大，易对晶粒的结构造成破坏。

也就是说，现有技术在传统的釜式共沉淀反应制备三元材料前驱体中，还存在以下需要解决的技术难题：使物料充分并快速均匀地混合反应，以及对温度、pH的精确控制以获得性能良好且一致性强的产品颗粒。另外，如何缩短制备时间，简化合成过程，进行大批量的连续生产则是三元材料前驱体在工业应用中的另一技术难题。在后续的陈化处理过程中，长时间的保温和搅拌，会产生大量的能耗，节能降耗也是工业生产上急需解决的难题。

有鉴于此，本发明旨在提供一种三元材料前驱体的制备设备及制备方法，其能够增强共沉淀反应的可控性，缩短制备周期，实现大量连续的制备，有利于其在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前驱物，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，而提供一种三元材料前驱体的制备设备，其能够增强共沉淀反应的可控性，缩短制备周期，实现大量连续的制备，有利于其在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前驱物，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：

一种三元材料前驱体的制备设备，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、物料输送泵和喷雾干燥塔，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。

作为本发明三元材料前驱体的制备设备的一种改进，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。

作为本发明三元材料前驱体的制备设备的一种改进，所述射流管式反应器内设置有螺旋形的通道，并且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。

作为本发明三元材料前驱体的制备设备的一种改进，所述混合盐溶液储罐和所述共沉淀剂储罐内均设置有加热装置和控温装置，所述射流管式反应器设置有保温结构。