生产锂离子电池多元正极材料前驱体的装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及锂离子电池制造领域，尤其涉及一种生产锂离子电池多元正极材料前驱体的装置。
【背景技术】
[0002]随着电动汽车等新能源技术的发展，作为其核心技术的动力电池技术是国内外电动汽车竞争的一个焦点问题，而动力电池中正极材料是关键材料之一。
[0003]目前，电动车电池使用的正极材料主要有钴酸锂(LiCoO2)、磷酸铁锂(LiFePO4)、锰酸锂(LiMn2O4)和三元材料(LiNixCoyMrvryO2'LiNixCoyAl1TyO2)等，LiCoO2在小型充电电池的领域中具有重要应用，其具有工作电压高、比能量大、循环性能好等优点，但该材料价格昂贵，抗过充电性能较差，安全性较低。与LiCoO2相比，LiFePOjg量密度较低，电阻率较大，但其优势是热稳定性好，安全性高。而LiMn2O4具有安全性好、原料锰的资源丰富、价格低廉及无毒性等优点，但高温性能较差，存在Jahn-Teller效应，产生锰原子溶液导致结构畸变，导致容量衰减过快。以上材料均很难成为动力电池正极材料的最佳选项。
[0004]在此背景下，三元(LiNixCoyMn1TyO2、LiNixCoyAl1^yO2)材料、富锂材料、镍锰二元材料等多元固溶体高能量密度正极材料备受到了青睐并逐渐商业应用化。例如三元材料则综合了镍酸锂、钴酸锂以及锰酸锂三类材料的优点，存在镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)三种元素的协同效应，具有容量高、电压高、循环寿命长等优势，受到了更加广泛的重视，作为锂离子动力电池的正极材料是非常具有竞争潜力的。
[0005]三元等多元固溶体正极材料的制备方法和其他正极材料类似，一般有溶胶凝胶法、球磨固相法、水热法、共沉淀法等，溶胶凝胶法是指先在溶液中使原料形成稳定的溶胶、凝胶，经干燥、烧结后制备出成分均匀的材料。溶胶凝胶法使原料在分子间水平共混，工艺较为简便。但材料形貌均一性差，颗粒不均匀，锂镍混排程度较高，易形成杂相。
[0006]球磨固相法主要是采用金属盐等作为原材料，通过机械球磨混合均匀后进行高温锻烧。固相法较为简单易行，容易控制，但制备的材料颗粒较大，物相均一性较差。且球磨固相法制备的材料有固溶不完全的现象，有缺陷。而水热法等需在一定的高压条件，条件较为苛刻且对反应设备的材质要求较高，难以控制材料的化学计量比。
[0007]三元等多元固溶体正极材料的形貌、颗粒大小、粒度分布对电池的电化学性能影响非常大，而电池材料的物理性能很大程度上取决于前驱体的物理性能指标，因此目前制备该类正极材料多采用共沉淀法先制备出均匀形貌的前驱体，然后再通过与锂盐混合煅烧来获得最终材料。该方法可以使盐离子之间充分接触达到原子级别反应，使前驱体结晶的形貌易于控制，粒径分布均匀，振实密度高。但该法在制备前驱体过程中对合成工艺要求较为严格，对反应温度，PH、搅拌速度、以及气氛均都需精确控制，因此对制备材料的设备的精密度和自动化程度的要求比较高，一般简易的制备装备很难满足上述要求。
【实用新型内容】
[0008]本实用新型提供了一种生产锂离子电池多元正极材料前驱体的装置，以解决共沉淀法生产多元正极材料工艺要求严格的问题。
[0009]生产锂离子电池多元正极材料前驱体的装置，包括:
[0010]反应釜，内设搅拌机构，底部设有物料出口，外部设有夹套；
[0011]投料机构，通过管道与反应釜顶部连接，用于往反应釜投入原料；
[0012]供气机构，通过管道与反应釜顶部连接，用于往反应釜输送保护气；
[0013]加热机构，通过管道与所述夹套的进口和出口连接，用于对通过夹套的换热介质进行加热；
[0014]检测机构，检测反应釜内的温度、pH值和压力；
[0015]控制机构，接收检测机构的检测信号，进而控制投料机构、供气机构和加热机构的运行。
[0016]所述控制机构可以选用现有的PLC控制器。
[0017]优选的，所述供气机构包括气罐、缓冲罐，所述气罐、缓冲罐和反应釜依次通过管道连接。
[0018]优选的，所述气罐与缓冲罐之间、缓冲罐与反应釜之间的管道上设有带压力传感器的电磁阀，所述电磁阀受控于所述控制机构。
[0019]优选的，所述投料机构包括原料储罐和加料泵，加料泵通过管道与反应釜顶部连接。
[0020]所述加料泵包括蠕动泵或隔膜泵。
[0021]优选的，所述检测结构包括设于反应釜内的pH计和温度传感器。
[0022]优选的，所述pH计外套保护管。
[0023]优选的，所述反应釜由釜体和多孔盖体组成，多孔盖体的材质为不锈钢，表面有防腐层O
[0024]与现有技术相比较，本实用新型有益效果为:
[0025]本实用新型通过检测机构和控制机构，自动控制反应釜内的温度、pH值和压力，精确控制反应进程，使得结晶体的形貌可控均匀，粒度分布均一，振实密度高。
【附图说明】
[0026]图1为本实用新型装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0027]如图1所示，生产锂离子电池多元正极材料前驱体的装置，包括反应釜1、加热机构4、控制机构6、投料机构、检测机构和供气机构，反应釜I为罐式结构，由釜体和多孔盖体两部分组成，釜体外部设有夹套11，夹套具有进口 15和出口 14，分别连接加热机构4的出口和进口。加热机构4为普通的换热式加热器，换热介质经加热机构4加热，再经过夹套11，与反应釜I内的反应液发生热交换，控制反应温度。
[0028]釜体底部设有物料出口 13，内部设有搅拌机构12，搅拌机构12由搅拌轴和搅拌叶组成，它们均由钛合金或不锈钢制成，不锈钢外表面涂覆聚四氟乙烯。多孔盖体设有多个安装孔，其中一个供搅拌轴穿过，其上安装有驱动搅拌轴的电机。釜体内部还设有PH计52和温度传感器51，pH计52外套保护管，pH计52和温度传感器51信号连接控制机构6。
[0029]投料机构由原料储罐21和加料泵22组成，投料机构根据原料数量可以设置多个，加料泵通过管道连接反应釜I的顶部，并受控制机构6控制。
[0030]供气机构包括气罐31和缓冲罐22，气罐31、缓冲罐22和反应釜I依次通过管道连接，气罐31和缓冲罐22，以及缓冲罐22和反应釜I之间的管道上分别设有电磁阀32、电磁阀34。电磁阀32、34内设压力传感器，并受控于控制机构6。
[0031]控制机构选用普通的PLC控制器，它接收pH计52、温度传感器52以及电磁阀内压力传感器的信号，进而控制加料泵22、加热机构4和电磁阀的运行。
[0032]本实用新型装置的工作原理如下:
[0033]原料通过加料泵22将物料输入反应釜1，通过改变物料比例调节反应液的pH值，利用加热机构4调节反应釜内部的反应温度，反应过程中，利用搅拌机构12不停搅拌，使反应快速进行，反应结束后，将制得的前驱体从物料出口 13排出釜体。整个过程由控制机构6精确控制反应参数，得到的晶体形貌均匀，粒度分布均一，振实密度高。
【主权项】
1.生产锂离子电池多元正极材料前驱体的装置，其特征在于，包括: 反应釜，内设搅拌机构，底部设有物料出口，外部设有夹套； 投料机构，通过管道与反应釜顶部连接，用于往反应釜投入原料； 供气机构，通过管道与反应釜顶部连接，用于往反应釜输送保护气； 加热机构，通过管道与所述夹套的进口和出口连接，用于对通过夹套的换热介质进行加热； 检测机构，检测反应釜内的温度、PH值和压力； 控制机构，接收检测机构的检测信号，进而控制投料机构、供气机构和加热机构的运行。2.如权利要求1所述的生产锂离子电池多元正极材料前驱体的装置，其特征在于，所述供气机构包括气罐、缓冲罐，所述气罐、缓冲罐和反应釜依次通过管道连接。3.如权利要求2所述的生产锂离子电池多元正极材料前驱体的装置，其特征在于，所述气罐与缓冲罐之间、缓冲罐与反应釜之间的管道上设有带压力传感器的电磁阀，所述电磁阀受控于所述控制机构。4.如权利要求1所述的生产锂离子电池多元正极材料前驱体的装置，其特征在于，所述投料机构包括原料储罐和加料泵，加料泵通过管道与反应釜顶部连接。5.如权利要求4所述的生产锂离子电池多元正极材料前驱体的装置，其特征在于，所述加料泵包括蠕动泵或隔膜泵。6.如权利要求1所述的生产锂离子电池多元正极材料前驱体的装置，其特征在于，所述检测结构包括设于反应釜内的pH计和温度传感器。7.如权利要求1所述的生产锂离子电池多元正极材料前驱体的装置，其特征在于，所述pH计外套保护管。8.如权利要求1所述的生产锂离子电池多元正极材料前驱体的装置，其特征在于，所述反应釜由釜体和多孔盖体组成，多孔盖体的材质为不锈钢，表面有防腐层。
【专利摘要】本实用新型公开了生产锂离子电池多元正极材料前驱体的装置，包括：反应釜，内设搅拌机构，底部设有物料出口，外部设有夹套；投料机构，通过管道与反应釜顶部连接，用于往反应釜投入原料；供气机构，通过管道与反应釜顶部连接，用于往反应釜输送保护气；加热机构，通过管道与所述夹套的进口和出口连接，用于对通过夹套的换热介质进行加热；检测机构，检测反应釜内的温度、pH值和压力；控制机构，接收检测机构的检测信号，进而控制投料机构、供气机构和加热机构的运行。本实用新型通过检测机构和控制机构，自动控制反应釜内的温度、pH值和压力，精确控制反应进程，使得结晶体的形貌可控均匀，粒度分布均一，振实密度高。
【IPC分类】H01M4/505, H01M4/04, H01M4/525
【公开号】CN204720500
【申请号】CN201520275255
【发明人】何文祥, 孙伟, 李文, 李靖, 李萌萌, 施利勇, 李福林
【申请人】浙江天能能源科技有限公司
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年4月30日