[发明专利]一种制备三元正极前驱体的喷雾热解装置及其使用方法

说明书

本发明提供了一种制备三元正极前驱体的喷雾热解装置及其使用方法，所述装置包括第一喷雾热解装置和第二喷雾热解装置，所述的第一喷雾热解装置出料口连接输送装置，所述输送装置的出口设置在所述第二喷雾热解装置的腔体内。所述方法包括：(1)三元混合盐溶液喷入第一喷雾热解装置，生成预产物；(2)预产物通过输送装置进入第二喷雾热解装置，固气分离，固体为所述的三元正极前驱体，气体排出后进行处理或回收。本发明通过将两组喷雾热解装置U形连通，在减小了装置设计直径的同时保证了物料在炉内充足的热解时间，降低了产物中的氯根含量。与大型喷雾热解装置的热解效果相似，且大幅减小了设备的占地面积。

技术领域

本发明属于锂电池制造领域，涉及一种喷雾热解装置及其使用方法，尤其涉及一种用于制备三元正极前驱体的喷雾热解装置及其使用方法。

背景技术

锂离子电池不含有铅、镉、汞等有毒物质，在新能源汽车、储能、消费电子领域有着广泛的应用。随着锂离子电池的规模不断扩张，相关原料的价格越来越高，尤其是相关的稀缺资源，例如金属钴，价格居高不下。原料价格的上涨导致锂离子电池的成本上涨，对锂离子电池的进一步应用有不利影响。由于正极材料在整个电池成本中占比较高，降低正极材料以及前驱体的加工成本是降低整个电池成本的重要手段。

目前的三元正极前驱体主要通过共沉淀法合成，工艺流程复杂，耗时长，同时在生产过程中会产生大量的氨氮废水，需要进行处理，产生较大的环保成本。喷雾热解法制备三元正极前驱体工艺流程简单，耗时短，产生的氯化氢气体还可以通过吸收处理回收重复利用，可以有效的降低材料的加工成本。

喷雾热解法制备三元正极前驱体是指通过将镍、钴、锰三种金属盐溶液按比例均匀混合后以雾状喷入高温气氛中，通过溶剂的快速蒸发和金属盐的水解反应，得到组分混合均匀的三元氧化物前驱体。

CN106197025B公开了一种制备纯相四氧化三钴的喷雾热解炉，包括：热解炉、两个气体混合配比仪、喷枪气体调节输送装置、喷枪、助燃空气气氛调节装置、烧嘴、燃烧段气氛调节输送装置、输送段气氛调节装置。将压缩空气与氧气经过气体混合配比仪混合，经过喷枪气体调节输送装置后进入喷枪；混合气体与钴盐溶液在喷枪内接触雾化后进入热解炉内；同时调节助燃空气气氛调节装置，调节助燃空气中氧含量，进入烧嘴；此外，压缩空气与氧气经过气体混合配比仪混合后进入燃烧段气氛调节输送装置并输入热解炉内；开启输送段气氛调节装置。该喷雾热解炉可彻底解决常规喷雾热解炉生产的四氧化三钴含有氧化亚钴的问题。

然而，由于喷雾热解过程中原料从顶部喷入时，充分雾化需要较大的压力才能形成均匀的雾滴，所以雾滴在进入炉体时有较大的初速度。同时在重力的作用下，雾滴进一步加速，快速通过加热区，容易导致热解过程不彻底，反应不完全。在常规喷雾热解设备中，在顶部形成一定的负压，将反应产生的废气抽出，同时形成一个向上的气流，降低雾滴的下降速度，增加反应时间。整个过程需要一个较大的反应空间，所以一般的喷雾热解炉设计直径都在两米以上。

CN106587172A公开了一种动力电池正极三元氧化物的生产工艺及生产装置，三元混合溶液通过顶部喷嘴喷入热解炉，热解炉内通过燃气加热炉体以及喷入的溶液，溶液水解成三元氧化物、氯化氢和水蒸气。气体通过炉顶的旋风分离器除尘后进入吸收塔，三元氧化物则通过自然沉降从炉底的出料设备排出。炉底燃气燃烧产生的热气向上，可以有效的增加液滴在炉内的反应时间，使反应充分进行。但是这样对炉体的直径设计要求很大，一般需要2米以上。当炉体直径小于1米时，同样设计会导致大量物料粘在炉壁上，产生大量废料，不利于实验进行。如果设计成废气和氧化物同时从炉底进出又会导致氧化物和废气反应，大幅增加氧化物中氯化物的比例，导致产品中的氯根含量严重超标，同时氧化物在炉内烧结的时间也会大幅减少。

综合来看，现有技术中公开的喷雾热解装置仍存在着设计直径、设备规模和占地面积大，由此导致在实际生产过程中所需的原料、能耗大幅增加，不利于工艺的开发和调整，也不利于设备的一体化布置。因此，急需对现有技术公开的喷雾热解装置的结构进行改进，以解决目前存在的问题。

发明内容