[发明专利]一种微通道反应器及制备锂电池正极材料和负极材料的前驱体微纳米粒子的方法

说明书

一种微通道反应器，包括：上封板(1)、基板一(2)、基板二(3)和下封板(4)从上至下依次贴合设置；上封板(1)与基板一(2)之间形成进料主通道一和进料支通道一；进料支通道一的一端与进料主通道一连通，另一端为封闭状；基板二(3)与下封板(4)之间形成进料主通道二和进料支通道二；通孔(2‑3)连通进料支通道一和进料支通道二；进料支通道二的一端与进料主通道二连通，另一端延伸向基板二(3)的外缘。通过上述微通道反应器能够制备粒径、形貌均匀可控的金属及金属化合物粒子或被其它材料包覆的金属及金属化合物粒子。

技术领域

本发明涉及化学化工技术领域，尤其涉及一种微通道反应器及制备锂电池正极材料和负极材料的前驱体微纳米粒子的方法。

背景技术

近年来，全球能源与环境保护意识高涨，许多国家极力推广电动车，带动全球电动车的市场蓬勃发展。锂电池主要由正极材料、负极材料、隔膜、电解质和电池外壳几个部分组成。正极材料和负极材料是锂电池电化学性能的决定性因素，直接决定电池的能量密度及安全性，进而影响电池的综合性能。

锂电池正极材料主要包括三元材料(NCM、NCA)、磷酸铁锂(LFP)、钴酸锂(LCO)以及锰酸锂(LMO)，四大材料因各自的特性差异应用于不同市场。受到车用动力电池、电动工具用电池、电动自行车用电池等快速增长，以及3C电池的低钴化影响，2017年NCM三元正极材料已替代磷酸铁锂，成为国内占比最大的锂电池正极材料。

三元正极材料前驱体直接决定三元正极材料核心理化性能。三元前驱体是生产三元正极的关键性材料，通过与锂源混合烧结制成三元正极，其性能直接决定三元正极材料核心理化性能，具体表现为：1)前驱体杂质会带入正极材料，影响正极杂质含量；2)前驱体粒径大小、粒径分布直接决定三元正极粒径大小、粒径分布；3)三元前驱体比表面积、形貌直接决定三元正极比表面积、形貌；4)三元前驱体元素配比直接决定三元正极元素配比等。三元正极的粒径、形貌、元素配比、杂质含量等理化性能将影响锂电池能量密度、倍率性能、循环寿命等核心电化学性能。此外，新型正极材料如梯度、核壳结构三元正极的应用推广，取决于相应前驱体的研发突破。

普通三元正极材料存在局限性。普通三元正极形貌为一次单晶颗粒聚集成的球形或类球形二次颗粒，由多个微粒结合而成，粒度分布较宽。其主要缺陷有：(1)牢固性差：二次球结构牢固性差，压实密度一般为3.4g/cm3～3.7g/cm3，在较高的压实下，二次球破碎，导致材料内部颗粒裸露，副反应增加和金属离子溶出加剧，导致电学性能下降；(2)结构缺陷多：二次球内部、外部一次粒径小且结构缺陷多，在高电压充放电条件下易发生结构坍塌；(3)包覆性差：二次球颗粒内部难以被包覆，高电压充放电过程中界面副反应难以抑制，造成材料结构破坏；(4)易胀气：二次球颗粒容易导致气胀等问题。目前大部分厂商采用连续法制备常规颗粒尺寸(10μm～15μm)的三元前驱体材料，此方法不仅产量高，而且批次稳定性好。但在制备小颗粒尺寸(3μm～5μm)的三元前驱体材料时，采用连续法生产粒径分布难以控制，造成粒径误差较大。

硅碳负极作为新型锂离子电池负极材料，在提升电池能量密度方面比当前石墨负极更高效。特斯拉已经将硅碳负极应用于车用动力电池，硅碳负极材料应用前景越来越光明，未来硅碳负极材料很可能成为负极材料中的佼佼者。

石墨的理论比容量是372mAh/g，而硅负极的理论比容量高达4200mAh/g。石墨作为成熟的负极材料，其能量密度已经基本被充分发挥，要想在能量密度上有所提升，与硅结合是一种较好的方式。

在硅系负极方面，研究界认为氧化亚硅-碳复合材料的实际应用效果好于纯硅-碳复合材料，特别是在电池循环性和稳定性方面，这同时也是业界在高能量负极材料方面的另一个研究重点。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种微通道反应器，主要目的在于，制备粒径、形貌均匀可控的金属及金属化合物粒子或被其它材料包覆的金属及金属化合物粒子；