[实用新型]一种用于制备单粒子形貌镍锰钴酸锂材料的设备

说明书

本实用新型提出一种用于制备单粒子形貌镍锰钴酸锂材料的设备，包括泰勒流反应釜、水力分级出料系统和排液器；在泰勒流反应釜底部设置有分布式气液进料器，泰勒流反应釜分别通过吸液管和返料管连接所述水力分级出料系统构成物料回路，水力分级出料系统包括旋流沉降式水力分级器和自吸式电动隔膜泵，所述旋流沉降式水力分级器通过返料管连接所述泰勒流反应釜，泰勒流反应釜通过管路连接排液器。本实用新型利用泰勒流反应釜促进成核和长大的作用结合旋流水力分级返回小粒径种子晶核的原理合成具有棒状结晶体紧密堆积的球形形貌的镍锰钴氢氧化物前驱体，依靠泰勒涡流作用维持物料颗粒的均匀流化，即使在较低的轴向流速下也能获得良好的流化效果。

技术领域

本实用新型属于能源材料领域，具体涉及一种单粒子形貌的电极材料的制备设备。

背景技术

锂离子电池用镍钴锰酸锂正极材料(简称三元正极材料)因其具有高可逆比容量，优良的热稳定性和安全性以及成本相对较低等优点近些年来受到广泛的关注。用通常方法制备的三元正极材料的微观形貌为小粒子团聚成的类球形颗粒，这种物理结构的材料结构缺陷多，充放电过程易发生结构坍塌，而且粒子内部孔隙大、内部颗粒难以包覆处理，易与电解液发生界面副反应，导致循环性能和安全性能下降，更为严重的是团聚粒子的“骨架”结构牢固性差，极易在极片制备过程中被压碎，材料的内部颗粒裸露，使界面副反应和金属离子溶出加剧，导致电池寿命降低和安全性问题。通过制备单粒子形貌(一次粒子结构)的三元正极材料可以根本性解决上述问题，此外一次粒子结构的三元正极材料压实密度高、比表面积低，具有良好的加工性能和循环性能，能量密度高。

目前，制备三元正极材料有两个基本步骤，即先制备镍锰钴的氢氧化物或氧化物(前驱体)，然后与锂盐混合并高温焙烧。制备具有单粒子形貌的三元正极材料首先要得到特殊物理结构的前驱体。专利CN102070208B提出了一种反应体系控制前驱体形貌的方法，CN103413932B采用致孔剂和一次烧结工艺制备单粒子型多元材料，CN103840151B制备单粒子形貌三元前驱体，CN104979546A采用多次高温烧结的方法制备了单粒子形貌的三元正极材料，CN106159251A采用助溶剂的方法制备类单粒子三元正极材料，类似的方法很多。然而，这些方法没有合适的工艺装备的支持很难得到稳定的一次粒子产品，或者工艺过于复杂、生产成本高、效率低。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足之处，本实用新型的目的是提出一种用于制备单粒子形貌镍锰钴酸锂材料的设备。

实现本实用新型上述目的的技术方案为：

一种用于制备单粒子形貌的镍锰钴酸锂材料的设备，包括泰勒流反应釜、水力分级出料系统和排液器；

在所述泰勒流反应釜底部设置有分布式气液进料器，泰勒流反应釜分别通过吸液管和返料管连接所述水力分级出料系统构成物料回路，所述水力分级出料系统包括旋流沉降式水力分级器和自吸式电动隔膜泵，所述旋流沉降式水力分级器顶部的回流管通过返料管连接至所述泰勒流反应釜；所述旋流沉降式水力分级器底部设置出料阀；

所述泰勒流反应釜通过管路连接所述排液器，用以控制反应釜内的液位。

其中，所述分布式气液进料器包括圆形的气体分配盘，气体分配盘上连接三个与气体分配盘成70～80°角的喷嘴；气体分配盘连接有进气管路；喷嘴分别连接三路反应物料进液管路。

其中，在所述泰勒流反应釜内设置搅拌浆，所述搅拌浆的轴上设置3～5级桨叶，最底下一级桨叶与水平面呈40～50°角，用以将底部物料推起；其它各级桨叶垂直设置。

其中，在所述泰勒流反应釜内壁设置有阻尼板，阻尼板的高度为反应釜直径的3～10％。

进一步地，在泰勒流反应釜连接所述水力分级出料系统的吸液管上设置有料液调节阀，自吸式电动隔膜泵的机座上设置有升降立柱。所述升降立柱用于调节自吸式电动隔膜泵的自吸高度，用以调节泵头压力，从而调节分级效果，控制返回的物料粒度。