[发明专利]一种利用氧热等离子体快速制备掺杂三元锂离子电池正极材料的方法及装置

权利要求书

1.一种利用氧热等离子体快速制备掺杂三元锂离子电池正极材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）首先供气系统提供氧气工作气体，电源系统为等离子喷枪提供启弧电压和电流，氧气工作气体在高频电压和电弧的作用下被电离为氧热等离子体，等离子喷枪将氧热等离子体喷出至反应炉形成氧热等离子体火焰；

（2）将锂电三元正极前驱体、掺杂物和锂源的混合粉末通过供粉系统送至反应炉氧热等离子体火焰区域，粉末被氧热等离子体火焰烧结，氧热等离子体提供氧作为反应物发生氧化反应，快速氧化反应生成正极材料活性物质；

（3）最后正极材料活性物质由氧化反应炉喷雾出口均匀落下，产物经过快速淬冷后收集得目标物。

2.根据权利要求1所述的一种利用氧热等离子体快速制备掺杂三元锂离子电池正极材料的方法，其特征在于，步骤（1）所述供气系统连接着压力装置，根据烧结需要施加不同的压力，烧结压力为101kPa~100MPa。

3.根据权利要求1所述的一种利用氧热等离子体快速制备掺杂三元锂离子电池正极材料的方法，其特征在于，步骤（1）所述供气系统向等离子喷枪提供氧气工作气体，作为等离子喷枪的工作气体，所述工作气体为O₂与Ar混合、O₂与N₂混合、O₂、Ar和N₂的混合中的一种且工作气体中氧气为占体积分数为40％-100％。

4.根据权利要求1所述的一种利用氧热等离子体快速制备掺杂三元锂离子电池正极材料的方法，其特征在于，步骤（2）所述反应温度为200℃~4000℃。

5.根据权利要求1所述的一种利用氧热等离子体快速制备掺杂三元锂离子电池正极材料的方法，其特征在于，步骤（2）所述的混合粉末是根据前驱体、掺杂物和锂源的摩尔配比1：0~0.1：1~1.2，球磨好、分布均匀的、过500-1000目筛子的混合粉体。

6.根据权利要求1所述的一种利用氧热等离子体快速制备掺杂三元锂离子电池正极材料的方法，其特征在于，步骤（2）所述前驱体是NixCoyAl1-x-y(OH)₂、NixCoyMn1-x-y(OH)₂，其中0.3≤x≤0.98，0≤y≤0.5中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的一种利用氧热等离子体快速制备掺杂三元锂离子电池正极材料的方法，其特征在于，步骤（2）所述锂源是LiOH、Li₂CO₃、LiNO₃、LiF、LiCl、LiHCO₃中的一种或几种混合物。

8.根据权利要求1所述的一种利用氧热等离子体快速制备掺杂三元锂离子电池正极材料的方法，其特征在于，步骤（2）所述供粉系统中提供的掺杂物为元素Al、Mg、Ti、Zr、F的氧化物或盐中的一种或几种混合物。

9.一种利用氧热等离子体快速制备掺杂三元锂离子电池正极材料的装置，其特征在于，包括供气系统、电源系统、压力供粉系统、等离子体烧结反应炉、收集系统和冷却系统、所述供气系统连接压力供粉系统，所述压力供粉系统通过料管连接到等离子体烧结反应炉内，所述的等离子体烧结反应炉内设置有感应线圈脉冲电流，所述的感应线圈脉冲电流由电源系统供电，所述等离子体烧结反应炉上设置排气装置，所述收集系统设置在等离子体烧结反应炉内底部，在所述的等离子体烧结反应炉壁外周设置冷却系统。

10.根据权利要求9所述的一种利用氧热等离子体快速制备掺杂三元锂离子电池正极材料的装置，其特征在于所述的冷却系统为在等离子体烧结反应炉壁外围设置一层外壁与等离子体烧结反应炉壁之间形成空腔，该空腔用于注水。