专利名称：锂离子电池正极材料的制备设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种锂离子电池正极材料之制造装置。具体地说是一种制造高性能锂离子电池正极材料的装置。
已商用化的锂离子正极材料有锂钴氧(LiCoO2)、锂镍氧(LiNiO2)、锂锰氧(LiMn2O4)等几种，它们是锂离子可充电电池的正极活性物质，其性能直接决定锂离子可充电电池的容量与使用性能。自九十年代初期以来，世界各国围绕合成它们，并改善其性能进行了大量研究，究其制造方法主要有二类一类是固相热合成法，用它们的碳酸盐或者是用它们的氢氧化物，或者是用它们的氧化物，按化学计量比例机械混合，然后在高温下灼烧而成。如日本索尼公司采用LiOH和CoO为原料在700℃灼烧制成LiCoO2，Gumman等采用Li2CO3、CoCO3为原料，在400℃合成LiCoO2，日本Shuji Yamada等人用LiOH·H2O和Ni(OH)2按Li/Ni=1∶1进行机械混合，然后在500℃-900℃下制备LiNiO2。
这类方法的特点是通过高温热分解来合成锂钴氧、锂镍氧、锂锰氧等正极材料，方法简单，流程短。缺点是这类方法是用固体原料，经机械混合后在高温下靠颗粒与颗粒间固相扩散来合成产品，因此，不能均匀混合，合成的产品存在晶型不匀，颗粒特性不佳等现象。因为采用这类方法合成的产品的特性如粒度分布、纯度及比重等依赖于原料本身的颗粒特性，原料的粒径大小、分布、比重及纯度决定了最终产品的粒径分布、比重等特性，所以产品的粒度和性能不能稳定控制，随意性大，多数情况是粒径分布宽、比重小、电化学容量低、产品均一性差。
另一类是液相合成法，R.Yazami等人研究了一种低温合成方法。在强力搅拌下，将醋酸钴悬浮液加到醋酸锂溶液中，然后在550℃下处理至少2小时，所得到材料具有单分散颗粒形状，大比表面积，好的结晶以及有化学计量比的组成。
章福平等人按计量将Li(NO3)和Co(NO3)2·6H2O混匀，加适量的酒石酸，以氨水调PH=6-8，900℃加热27小时得坚硬灰黑色LiCoO2。
这类方法呈然改变了在高温下固相颗粒与颗粒间混合不均匀现象，但仍末提供可靠的设备和方式控制反应物在溶液体系中的结晶状况，仍不能制造粒径均一，结晶完整的正极材料。
本实用新型的目的在于改进现有技术的不足，提出一种制备同质同晶、具有内部结晶缺陷、粒度均一、比重大、纯度高、放电比容量大的正极材料的装置。
通过雾化水解沉积锂或掺杂的锂和钴或镍或锰的碳酸盐和或氢氧化物复合晶体，然后在氧气氛下，在稳定的多段温度下进行梯度热分解成LiCoO2或LiNiO2或LiMn2O4或掺杂的LiCoO2或LiNiO2或LiMn2O4可以制出具有上述特点的正极材料。
制备上述锂离子电池正极材料所用的设备，其包括有加料槽、反应釜、离心机和热分解器，所述加料槽连接加料管，所述加料管通入所述反应釜中，在所述加料管上设有加压泵；所述反应釜为夹套式容器，在设于反应釜内的各加料管的端头设有喷头，所述加料管上的喷头其中一个(即喷碱液的喷头)置于反应釜的下部，其上的喷头向上，其它加料管上的喷头设于反应釜的上部，其上的喷头向下，所述反应釜的物料出口设于所述上部加料管喷头上方的器壁上，所述反应釜中设搅拌器，所述物料出口上设管道通向所述离心机内；所述离心机设出料口，连接传送通路与所述热分解器连接。
所述喷头为圆锥喷头或多管喷头或多孔盘管。所述搅拌器由搅拌器杆和固于其上的搅拌叶组成，所述搅拌器的上部和下部固设两种搅拌叶，所述上部的搅拌叶为桨式或螺旋桨式，下部的搅拌叶为框式或锚式。所述搅拌器杆优选上部固设螺旋桨式搅拌叶，下部固设锚式搅拌叶。所述热分解器为卧式多段定时控温连续推舟炉。
反应所用装置中，锂盐、碱液镍盐或钴盐或锰盐加料口分别置于反应釜内，其最佳配置为碱液加料喷头在反应釜内的下方，其它加料喷头在反应釜的上方。在向反应釜中喷反应液时，碱液由下向上喷，其它反应液由上向下喷，结晶出来的晶体由反应釜的高于上部喷料口的釜壁上的出口排出；在反应中的搅拌，反应釜的上部的液体为轴向流动形式，下部液体为径向流动形式。
制取高性能锂钴氧、锂镍氧、锂锰氧等正极材料时，原料锂盐、钴盐或镍盐或锰盐和碱液分别装入加料槽，分别加压后送入具有夹套加热的反应釜中进行反应，反应产物经离心机分离并洗涤，之后产物放入卧式推舟炉中热分解，最后得到产品锂钴氧或锂镍氧或锂锰氧。
本实用新型提供的喷雾式进料装置，采用雾化水解方式，通过喷雾使反应原料均匀地加入反应器中，而加碱喷头在下向上喷碱液雾，其它原料向下喷雾，更使结晶过程中各种原料均布，而上下不同类型的搅拌叶的搅拌器的设计使反应釜内的溶液混合更加均匀，同时再通过调节反应参数，如PH值、反应温度、反应时间等就可保证结晶体的粒度分布均一、比重大。三是复合结晶体在所述的热分解设备中高温下梯度温度分解时，由于碳酸盐和氢氧化物不同的分解特性，使得分解产物具有晶格缺陷和巨大的内部孔容，因而具有更大的比表面积和更高的电容量。
下面通过实施例和附图对本实用新型作进一步说明。
本实用新型附图的图面说明如下
图1为本实用新型反应装置示意图；实施例如图1所示，制取锂离子电池正极材料所用的装置，由加料槽1、反应釜3、离心机9和卧式推舟炉10构成，原料锂盐、钴盐或镍盐或锰盐和碱液分别装入加料槽1，加料槽可选1.5立方米槽，经加压泵2加压后送入反应釜3中进行反应，反应釜3可选2.5立方米，反应釜3外设夹套4，用水或蒸汽控制反应温度，并设有PH值检验口。碱液加料喷头5置于反应釜3内的下方，硫酸锂及掺杂物溶液和硫酸钴溶液加料喷头6设在釜内的上方。加料口用圆锥喷头，物料经压力喷出，还可选用其它形式喷头或多孔管或多孔盘管制成小孔代替圆锥喷头喷出物料。在原料入口上方设置出料口7，反应产物由此溢出，为控制反应物的停留时间，也可以设多个出料口7。物料经搅拌混合，反应会更均匀。反应釜3中心置有搅拌器，上部装置螺旋浆8’，促使物料轴向上下翻动，下部为锚式搅拌8，使物料径向运动。结晶出来的晶体由上出料口7排出反应釜3，产物经离心分离机9进行分离和洗涤、甩干，得到湿的锂钴氧或锂镍氧或锂锰氧，之后，产品进入卧式多段定时控温连续推舟炉10热分解、包装得到产品。本套装置中搅拌器6、离心机9、加压泵2及卧式多段定时控温连续推舟炉10等都有现成技术可借鉴，不做详述。
将混有掺杂物的硫酸锂溶液、硫酸钴溶液和碱液分别置于加料槽中通过加压泵使其具有一定的速度喷雾到反应釜中，其中碱液的喷头在下部由下向上喷，其它物料的喷头在上部，由上向下喷，反应过程中搅拌器转动。结晶出来的晶体经在上的出料口溢出，进离心机分离后进推舟炉，在其中的输送带上连续地移动，在第一段控制室中的400℃热分解24小时，然后到第二段控制室中的800℃热分解15小时，氧气溶量为2M3/小时。
权利要求1.一种制备锂离子电池正极材料所用的设备，其特征在于包括有加料槽(1)、反应釜(3)、离心机(9)和热分解器(10)，所述加料槽(1)连接加料管，所述加料管通入所述反应釜(3)中，在所述加料管上设有加压泵(2)所述反应釜(3)为夹套式容器，在设于反应釜(3)内的各加料管的端头设有喷头(5)，所述加料管上的喷头其中一个置于反应釜的下部，其上的喷头向上，其它加料管上的喷头设于反应釜的上部，其上的喷头向下，所述反应釜的物料出口设于所述上部加料管喷头的上方的器壁上，所述物料出口(7)上设管道通向所述离心机(9)内；所述反应釜中设搅拌器，所述离心机设出料口，连接传送通路与所述热分解器(10)连接。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于所述喷头(5)为圆锥喷头或多管喷头或多孔盘管。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于所述搅拌器由搅拌器杆和固于其上的搅拌叶组成，所述搅拌器的上部和下部固设两种搅拌叶，所述上部的搅拌叶(8’)为桨式或螺旋桨式，下部的搅拌叶(8)为框式或锚式。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于所述搅拌器杆上部固设螺旋桨式搅拌叶(8’)，下部固设锚式搅拌叶(8)。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于所述热分解器为卧式多段定时控温连续推舟炉(10)。
专利摘要一种锂离子电池正极材料的制造设备,包括有加料槽、反应釜、离心机和热分解器,加料槽连接加料管通入反应釜中,加料管上设有加压泵;设于反应釜内的加料管端头设喷头,其中一个喷头置于反应釜的下部,其上的喷头向上,其它加料管上的喷头设于上部,其上的喷头向下,反应釜的物料出口设于所述上部加料管喷头的上方的器壁上,所述物料出口上设管道通向所述离心机内;所述离心机连接所述热分解器连接。本设备制得的正极材料具有晶体粒度合理、晶体具有缺陷、电化学活性高、晶型稳定等显著特点。
文档编号H01M4/04GK2423660SQ00234459
公开日2001年3月14日 申请日期2000年5月8日 优先权日2000年5月8日
发明者许开华 申请人:许开华