[实用新型]制备窄粒径分布的镍钴锰三元材料前驱体材料的装置

说明书

本实用新型公开了一种制备窄粒径分布的镍钴锰三元材料前驱体材料的装置。该装置包括：溶液储存单元，用于向晶种制备釜和合成釜中输入溶液；用于晶种制备的晶种制备釜，设置有晶种出口；合成釜，设置有晶种加入口，晶种加入口与晶种制备釜的晶种出口相连通，合成釜用于镍钴锰三元材料前驱体材料的合成；固固分级装置，设置在合成釜的下游，具有大粒径颗粒出口和小粒径颗粒出口，小粒径颗粒出口与晶种制备釜的进料口相连通；陈化釜，设置有陈化釜进料口，与固固分级装置的大粒径颗粒出口相连通；以及后处理装置，用于过滤、洗涤、烘干从陈化釜中输出的物料。

技术领域

本实用新型涉及锂电池技术领域，具体而言，涉及一种制备窄粒径分布的镍钴锰三元材料前驱体材料的装置。

背景技术

锂电池的应用范围很广，除了传统的3C小家电，锂电池还被用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，邮电通讯的不间断电源，以及电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车、军事装备、航空航天等多个领域。

正极不仅作为电极材料参与电化学反应，还要作为锂离子源，所以正极材料应尽量满足以下条件：比容量大、工作电压高、充放电的高倍率性能好、循环寿命长、安全性好等。正极材料在锂电池的总成本中占据40％以上的比例，并且正极材料的性能直接影响了锂电池的各项性能指标，所以锂电正极材料在锂电池中占据核心地位。

三元正极材料有明显的三元协同效应，综合了镍、锰、钴各自的优点，具有成本较低、比容量较高、循环性能稳定等优点，其电化学性能主要受到前驱体材料品质的影响。前驱体材料的主要性能指标包括了振实密度、平均粒径、颗粒球形度等等。采用共沉淀法制备三元材料前驱体过程中，由于二次颗粒均由一次颗粒组成，对二次颗粒形成过程及形成方式进行控制，对二次颗粒的形貌很大影响。

现有工艺生产的三元前驱体材料的颗粒大小不一，粒径分布跨度较大，一般范围都在1.2～ 1.6。由于在充电过程中极化的原因，小颗粒总是过度脱锂而结构被破坏，并且在充电态高镍小颗粒与电解液的副反应更加剧烈，高温下将更加明显，这些都导致小颗粒循环寿命较快衰减，而大颗粒的情况正好相反。材料整体的循环性能实际上是由小颗粒所决定的，这也是制约三元材料循环性进一步提升的重要因素。所以，就必须生产粒径大小均匀一致(粒径分布跨度小于0.8)的三元材料，从而尽可能的避免小颗粒和大颗粒的存在。

根据已有文献报道，目前工业上主要采用氢氧化物共沉淀法制备镍钴锰三元正极材料前驱体，然后用高温固相法合成最终产品。氢氧化物沉淀反应过程中各种工艺参数都影响着颗粒的形貌和粒径分布，如：镍钴锰盐溶液浓度、碱浓度、氨水浓度、反应温度、反应过程pH 值等等。

其中，专利CN107640792提到的高密实小粒径NCM前驱体制备方法中，引入了晶种制备和烘干筛分两个步骤来实现材料粒径分布跨度的缩小。干燥后经200目筛后得到的镍钴锰氢氧化物的粒径d10≥2微米，d50＝2.5～4微米，d90≤6微米，但小粒径颗粒无法再次利用，只能废弃。从该专利提供的电镜图片上也可以看出，筛分后颗粒均一性有所提高，但球形度不佳。

专利CN107572603中提到一种制备球形小粒径NCM前驱体的方法，通过控制pH，合成时间和陈化时间得到了粒径范围为4～5μm的前驱体颗粒。从其公布的电镜图片和粒径分布图上看出，虽然D50减小，但颗粒大小不一，均一性不好。

综上，现有技术中存在前驱体颗粒均一性不佳，制备过程工序复杂等缺点。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种制备窄粒径分布的镍钴锰三元材料前驱体材料的装置，以解决现有技术中前驱体颗粒均一性不佳的技术问题。