(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201810380675.1
(22)申请日 2018.04.25
(71)申请人 深圳市寒暑科技新能源有限公司
地址 518000 广东省深圳市南山区桃源街
道龙珠三路光前工业区9栋1-2楼
申请人 纳威科技（深圳）有限公司
(72)发明人 魏春光 梁燕 静霞 李立良
(74)专利代理机构 广东德而赛律师事务所
44322
代理人 叶秀进
(51)Int.Cl.
C01G 53/00(2006.01)
(54)发明名称一种三元材料前驱体的制备设备及制备方法(57)摘要本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，尤其涉及一种三元材料前驱体的制备设备，包括依次通过管道连接的射流管式反应器、超声陈化池、第一鼓膜式板框压滤机、预干燥设备、湿法搅拌球磨机、第二鼓膜式板框压滤机、打浆机、物料输送泵和喷雾干燥塔，所述射流管式反应器连接有混合盐溶液储罐和共沉淀剂储罐。相对于现有技术，本发明能够增强共沉淀反应的可控性，缩短制备周期，实现大量连续的制备，有利于其在工业制备三元材料的实际应用。此外，本发明通过调节镍钴锰的比例参数，可获得不同类型的三元前驱物，以满足不同的应用需求。本发明还公开了一种采用以上设备制备三元材料前驱体的 方法。权利要求书2页 说明书6页 附图2页CN 108439490 A 2018.08.24
C N 108439490
A
1.一种三元材料前驱体的制备设备，其特征在于，包括依次通过管道连接的射流管式反应器、超声陈化池、第一鼓膜式板框压滤机、预干燥设备、湿法搅拌球磨机、第二鼓膜式板框压滤机、打浆机、物料输送泵和喷雾干燥塔，所述射流管式反应器连接有混合盐溶液储罐和共沉淀剂储罐。
2.根据权利要求1所述的三元材料前驱体的制备设备，其特征在于，所述射流管式反应器和所述混合盐溶液储罐之间设置有第一恒流泵，所述射流管式反应器和所述共沉淀剂储罐之间设置有第二恒流泵。
3.根据权利要求1所述的三元材料前驱体的制备设备，其特征在于，所述射流管式反应器内设置有螺旋形的通道，所述通道置于超声装置内，物料在射流管式反应器中撞击混合，并在螺旋形的通道内进行充分反应。
4.根据权利要求1所述的三元材料前驱体的制备设备，其特征在于，所述混合盐溶液储罐和所述共沉淀剂储罐内均设置有加热装置和控温装置，所述射流管式反应器设置有保温结构。
5.根据权利要求1所述的三元材料前驱体的制备设备，其特征在于，所述超声陈化池为全封闭的陈化池。
6.根据权利要求1所述的三元材料前驱体的制备设备，其特征在于，所述预干燥设备还连接有废气回收装置。
7.一种使用权利要求1-6任一项所述的反应设备制备三元锂电材料的方法，其特征在于，至少包括如下步骤：
第一步，按比例将镍盐、钴盐、L盐加入溶剂中混合均匀，获得1mol/L～4mol/L的混合盐溶液，所述L盐为锰盐或铝盐，将该混合盐溶液加入混合盐溶液储罐中；按比例混合1mol/L ～4mol/L的NaOH和1mol/L～4mol/L的氨水，得到共沉淀剂溶液，加入共沉淀剂储罐中；
第二步，将混合盐溶液储罐和共沉淀剂储罐中的溶液加热到50～60℃，向射流管式反应器中进料，使得
混合浆料的pH值为10～11；
第三步，浆料在射流管式反应器中快速混合反应后，从出料口入到超声陈化池中，陈化持续时间为2～8h；
第四步，第一鼓膜式板框压滤机将陈化分层完成的浆料进行固液分离，所得到的滤饼在预干燥设备中于100～120℃干燥3-10h，干燥后的物料利用湿法搅拌球磨机加入纯水进行粉碎处理；
第五步，第二鼓膜式板框压滤机将湿法搅拌球磨机粉碎后的浆料进行洗涤和固液分离，打浆机将获得的滤饼加纯水打成15～30wt％固含量的浆料，物料输送泵将浆料输送至喷雾干燥塔进行喷雾造粒制得三元前驱体，喷雾干燥塔的进口温度为100～200℃，出口温度为100～200℃。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：混合盐溶液和共沉淀剂溶液均通过恒流泵的精确计量，以恒定进料比向射流管式反应器中进料。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：NaOH与氨水的体积比为(0.1-10)：1。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述镍盐为硝酸镍、醋酸镍、草酸镍中的至少一种，所述钴盐为硝酸钴、醋酸钴、草酸钴中的至少一种，所述锰盐为硝酸锰、醋酸锰、草酸锰中的至少一种，所述铝盐为硝酸铝、醋酸铝、草酸铝中的至少一种，第一步所述溶剂
为水、NMP、乙醇和丙酮中的至少一种。
一种三元材料前驱体的制备设备及制备方法
技术领域
[0001]本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，尤其涉及一种三元材料前驱体的制备设备及制备方法。
背景技术
[0002]锂离子电池被广泛应用于电子通信设备、电动汽车等领域。随着技术的不断发展，人们对锂离子电池能量密度、稳定性等的要求也越来越高。正极材料作为锂离子电池的重要组成部分，其性能直接决定了锂离子电池的性能，其成本的高低也直接影响锂离子电池的价格。常见的商用锂离子电池正极材料有钴酸锂、锰酸锂、三元材料(NCM、NCA)和磷酸铁锂等。其中三元材料兼顾了镍、钴、锰(或镍、钴、铝)三种材料的优点，具有较高的能量密度和较好的循环性能，而且用价格低廉的镍锰代替成本较高的钴材料，同时兼顾了成本优势。[0003]前驱体的制备在三元材料的应用中尤为关键，共沉淀法操作简单、反应稳定，是一种常用的三元材料前驱体制备方法。但传统的釜式共沉淀反应在工业应用中存在许多问题。物料在反应釜内进行混合反应时，由于反应釜本身的结构缺陷，混合不均匀，使得反应产物的颗粒
一致性差，影响材料的性能。此外，在反应过程中需要对温度和pH进行严格的控制，加料不能过快，使得整个反应时间长达十几甚至几十个小时。在混合反应和陈化过程中，还需要进行搅拌，反应能耗大，易对晶粒的结构造成破坏。
[0004]也就是说，现有技术在传统的釜式共沉淀反应制备三元材料前驱体中，还存在以下需要解决的技术难题：使物料充分并快速均匀地混合反应，以及对温度、pH的精确控制以获得性能良好且一致性强的产品颗粒。另外，如何缩短制备时间，简化合成过程，进行大批量的连续生产则是三元材料前驱体在工业应用中的另一技术难题。在后续的陈化处理过程中，长时间的保温和搅拌，会产生大量的能耗，节能降耗也是工业生产上急需解决的难题。[0005]有鉴于此，本发明旨在提供一种三元材料前驱体的制备设备及制备方法，其能够增强共沉淀反应的可控性，缩短制备周期，实现大量连续的制备，有利于其在工业制备三元材料的实际应用。此外，本发明通过调节镍钴锰的比例参数，可获得不同类型的三元前驱物，以满足不同的应用需求。
发明内容
[0006]本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种三元材料前驱体的制备设备，其能够增强共沉淀反应的可控性，缩短制备周期，实现大量连续的制备，有利于其在工业制备三元材料的实际应用。此外，本发明通过调节镍钴锰的比例参数，可获得不同类型的三元前驱物，以满足不同的应用需求。
[0007]为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0008]一种三元材料前驱体的制备设备，包括依次通过管道连接的射流管式反应器、超声陈化池、第一鼓膜式板框压滤机、预干燥设备、湿法搅拌球磨机、第二鼓膜式板框压滤机、打浆机、物料输送泵和喷雾干燥塔，所述射流管式反应器连接有混合盐溶液储罐和共沉淀
剂储罐。
[0009]作为本发明三元材料前驱体的制备设备的一种改进，所述射流管式反应器和所述混合盐溶液储罐之间设置有第一恒流泵，所述射流管式反应器和所述共沉淀剂储罐之间设置有第二恒流泵。
[0010]作为本发明三元材料前驱体的制备设备的一种改进，所述射流管式反应器内设置有螺旋形的通道，并且所述通道置于超声装置内，物料在射流管式反应器中撞击混合，并在螺旋形的通道内进行充分反应。
[0011]作为本发明三元材料前驱体的制备设备的一种改进，所述混合盐溶液储罐和所述共沉淀剂储罐内均设置有加热装置和控温装置，所述射流管式反应器设置有保温结构。[0012]作为本发明三元材料前驱体的制备设备的一种改进，所述超声陈化池为全封闭的陈化池。
[0013]作为本发明三元材料前驱体的制备设备的一种改进，所述预干燥设备还连接有废气回收装置。
[0014]本发明的另一个目的在于使用本发明所述的反应设备连续制备三元锂电材料的方法，至少包括如下步骤：
[0015]第一步，按比例将镍盐、钴盐、L盐加入溶剂中混合均匀，获得1mol/L～4mol/L的混合盐溶液，所述L盐为锰盐或铝盐，将该混合盐溶液加入混合盐溶液储罐中；按比例混合1mol/L～4mol/L的NaOH和1mol/L～4mol/L的氨水，得到共沉淀剂溶液，加入共沉淀剂储罐中；
[0016]第二步，将混合盐溶液储罐和共沉淀剂储罐中的溶液加热到50～60℃，向射流管式反应器中进料，使得混合浆料的pH值为10～11；
[0017]第三步，混合盐溶液和共沉淀剂溶液在射流管式反应器中快速混合反应后，从出料口入到超声陈化池中，陈化持续时间为2～8h；
[0018]第四步，第一鼓膜式板框压滤机将陈化完成的浆料进行固液分离，所得到的滤饼在预干燥设备中于100～120℃干燥3-10h后，干燥后的物料利用湿法搅拌球磨机加入纯水进行粉碎处理；
[0019]第五步，第二鼓膜式板框压滤机将湿法搅拌球磨机粉碎后的浆料进行洗涤和固液分离，打浆机将获得的滤饼加纯水打成15～30wt％固含量的浆料，物料输送泵将浆料输送至喷雾干燥塔进行喷雾造粒制得三元前驱体，喷雾干燥塔的进口温度为100～200℃，出口温度为100～200℃。
[0020]作为本发明方法的一种改进，混合盐溶液和共沉淀剂溶液均通过恒流泵的精确计量，以恒定进料比向射流管式反应器中进料。
[0021]作为本发明方法的一种改进，NaOH与氨水的体积比为(0.1-10)：1。
[0022]作为本发明方法的一种改进，所述镍盐为硝酸镍、醋酸镍、草酸镍中的至少一种，所述钴盐为硝酸钴、醋酸钴、草酸钴中的至少一种，所述锰盐为硝酸锰、醋酸锰、草酸锰中的至少一种，所述铝盐为硝酸铝、醋酸铝、草酸铝中的至少一种，第一步所述溶剂为水、NMP、乙醇和丙酮中的至少一种。
[0023]相对于现有技术，本发明至少具有如下有益效果：
[0024]首先，储罐、反应器和陈化池相互之间通过管道连接，有效避免了氨水挥发影响pH
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