生產鋰離子電池多元正極材料前驅體的裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及鋰離子電池制造領域，尤其涉及一種生產鋰離子電池多元正極材料前驅體的裝置。
【背景技術】
[0002]隨著電動汽車等新能源技術的發展，作為其核心技術的動力電池技術是國內外電動汽車競爭的一個焦點問題，而動力電池中正極材料是關鍵材料之一。
[0003]目前，電動車電池使用的正極材料主要有鈷酸鋰(LiCoO2)、磷酸鐵鋰(LiFePO4)、錳酸鋰(LiMn2O4)和三元材料(LiNixCoyMrvryO2'LiNixCoyAl1TyO2)等，LiCoO2在小型充電電池的領域中具有重要應用，其具有工作電壓高、比能量大、循環性能好等優點，但該材料價格昂貴，抗過充電性能較差，安全性較低。與LiCoO2相比，LiFePOjg量密度較低，電阻率較大，但其優勢是熱穩定性好，安全性高。而LiMn2O4具有安全性好、原料錳的資源豐富、價格低廉及無毒性等優點，但高溫性能較差，存在Jahn-Teller效應，產生錳原子溶液導致結構畸變，導致容量衰減過快。以上材料均很難成為動力電池正極材料的最佳選項。
[0004]在此背景下，三元(LiNixCoyMn1TyO2、LiNixCoyAl1^yO2)材料、富鋰材料、鎳錳二元材料等多元固溶體高能量密度正極材料備受到了青睞并逐漸商業應用化。例如三元材料則綜合了鎳酸鋰、鈷酸鋰以及錳酸鋰三類材料的優點，存在鎳(Ni)、鈷(Co)、錳(Mn)三種元素的協同效應，具有容量高、電壓高、循環壽命長等優勢，受到了更加廣泛的重視，作為鋰離子動力電池的正極材料是非常具有競爭潛力的。
[0005]三元等多元固溶體正極材料的制備方法和其他正極材料類似，一般有溶膠凝膠法、球磨固相法、水熱法、共沉淀法等，溶膠凝膠法是指先在溶液中使原料形成穩定的溶膠、凝膠，經干燥、燒結后制備出成分均勻的材料。溶膠凝膠法使原料在分子間水平共混，工藝較為簡便。但材料形貌均一性差，顆粒不均勻，鋰鎳混排程度較高，易形成雜相。
[0006]球磨固相法主要是采用金屬鹽等作為原材料，通過機械球磨混合均勻后進行高溫鍛燒。固相法較為簡單易行，容易控制，但制備的材料顆粒較大，物相均一性較差。且球磨固相法制備的材料有固溶不完全的現象，有缺陷。而水熱法等需在一定的高壓條件，條件較為苛刻且對反應設備的材質要求較高，難以控制材料的化學計量比。
[0007]三元等多元固溶體正極材料的形貌、顆粒大小、粒度分布對電池的電化學性能影響非常大，而電池材料的物理性能很大程度上取決于前驅體的物理性能指標，因此目前制備該類正極材料多采用共沉淀法先制備出均勻形貌的前驅體，然后再通過與鋰鹽混合煅燒來獲得最終材料。該方法可以使鹽離子之間充分接觸達到原子級別反應，使前驅體結晶的形貌易于控制，粒徑分布均勻，振實密度高。但該法在制備前驅體過程中對合成工藝要求較為嚴格，對反應溫度，PH、攪拌速度、以及氣氛均都需精確控制，因此對制備材料的設備的精密度和自動化程度的要求比較高，一般簡易的制備裝備很難滿足上述要求。
【實用新型內容】
[0008]本實用新型提供了一種生產鋰離子電池多元正極材料前驅體的裝置，以解決共沉淀法生產多元正極材料工藝要求嚴格的問題。
[0009]生產鋰離子電池多元正極材料前驅體的裝置，包括:
[0010]反應釜，內設攪拌機構，底部設有物料出口，外部設有夾套；
[0011]投料機構，通過管道與反應釜頂部連接，用于往反應釜投入原料；
[0012]供氣機構，通過管道與反應釜頂部連接，用于往反應釜輸送保護氣；
[0013]加熱機構，通過管道與所述夾套的進口和出口連接，用于對通過夾套的換熱介質進行加熱；
[0014]檢測機構，檢測反應釜內的溫度、pH值和壓力；
[0015]控制機構，接收檢測機構的檢測信號，進而控制投料機構、供氣機構和加熱機構的運行。
[0016]所述控制機構可以選用現有的PLC控制器。
[0017]優選的，所述供氣機構包括氣罐、緩沖罐，所述氣罐、緩沖罐和反應釜依次通過管道連接。
[0018]優選的，所述氣罐與緩沖罐之間、緩沖罐與反應釜之間的管道上設有帶壓力傳感器的電磁閥，所述電磁閥受控于所述控制機構。
[0019]優選的，所述投料機構包括原料儲罐和加料泵，加料泵通過管道與反應釜頂部連接。
[0020]所述加料泵包括蠕動泵或隔膜泵。
[0021]優選的，所述檢測結構包括設于反應釜內的pH計和溫度傳感器。
[0022]優選的，所述pH計外套保護管。
[0023]優選的，所述反應釜由釜體和多孔蓋體組成，多孔蓋體的材質為不銹鋼，表面有防腐層O
[0024]與現有技術相比較，本實用新型有益效果為:
[0025]本實用新型通過檢測機構和控制機構，自動控制反應釜內的溫度、pH值和壓力，精確控制反應進程，使得結晶體的形貌可控均勻，粒度分布均一，振實密度高。
【附圖說明】
[0026]圖1為本實用新型裝置的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0027]如圖1所示，生產鋰離子電池多元正極材料前驅體的裝置，包括反應釜1、加熱機構4、控制機構6、投料機構、檢測機構和供氣機構，反應釜I為罐式結構，由釜體和多孔蓋體兩部分組成，釜體外部設有夾套11，夾套具有進口 15和出口 14，分別連接加熱機構4的出口和進口。加熱機構4為普通的換熱式加熱器，換熱介質經加熱機構4加熱，再經過夾套11，與反應釜I內的反應液發生熱交換，控制反應溫度。
[0028]釜體底部設有物料出口 13，內部設有攪拌機構12，攪拌機構12由攪拌軸和攪拌葉組成，它們均由鈦合金或不銹鋼制成，不銹鋼外表面涂覆聚四氟乙烯。多孔蓋體設有多個安裝孔，其中一個供攪拌軸穿過，其上安裝有驅動攪拌軸的電機。釜體內部還設有PH計52和溫度傳感器51，pH計52外套保護管，pH計52和溫度傳感器51信號連接控制機構6。
[0029]投料機構由原料儲罐21和加料泵22組成，投料機構根據原料數量可以設置多個，加料泵通過管道連接反應釜I的頂部，并受控制機構6控制。
[0030]供氣機構包括氣罐31和緩沖罐22，氣罐31、緩沖罐22和反應釜I依次通過管道連接，氣罐31和緩沖罐22，以及緩沖罐22和反應釜I之間的管道上分別設有電磁閥32、電磁閥34。電磁閥32、34內設壓力傳感器，并受控于控制機構6。
[0031]控制機構選用普通的PLC控制器，它接收pH計52、溫度傳感器52以及電磁閥內壓力傳感器的信號，進而控制加料泵22、加熱機構4和電磁閥的運行。
[0032]本實用新型裝置的工作原理如下:
[0033]原料通過加料泵22將物料輸入反應釜1，通過改變物料比例調節反應液的pH值，利用加熱機構4調節反應釜內部的反應溫度，反應過程中，利用攪拌機構12不停攪拌，使反應快速進行，反應結束后，將制得的前驅體從物料出口 13排出釜體。整個過程由控制機構6精確控制反應參數，得到的晶體形貌均勻，粒度分布均一，振實密度高。
【主權項】
1.生產鋰離子電池多元正極材料前驅體的裝置，其特征在于，包括: 反應釜，內設攪拌機構，底部設有物料出口，外部設有夾套； 投料機構，通過管道與反應釜頂部連接，用于往反應釜投入原料； 供氣機構，通過管道與反應釜頂部連接，用于往反應釜輸送保護氣； 加熱機構，通過管道與所述夾套的進口和出口連接，用于對通過夾套的換熱介質進行加熱； 檢測機構，檢測反應釜內的溫度、PH值和壓力； 控制機構，接收檢測機構的檢測信號，進而控制投料機構、供氣機構和加熱機構的運行。2.如權利要求1所述的生產鋰離子電池多元正極材料前驅體的裝置，其特征在于，所述供氣機構包括氣罐、緩沖罐，所述氣罐、緩沖罐和反應釜依次通過管道連接。3.如權利要求2所述的生產鋰離子電池多元正極材料前驅體的裝置，其特征在于，所述氣罐與緩沖罐之間、緩沖罐與反應釜之間的管道上設有帶壓力傳感器的電磁閥，所述電磁閥受控于所述控制機構。4.如權利要求1所述的生產鋰離子電池多元正極材料前驅體的裝置，其特征在于，所述投料機構包括原料儲罐和加料泵，加料泵通過管道與反應釜頂部連接。5.如權利要求4所述的生產鋰離子電池多元正極材料前驅體的裝置，其特征在于，所述加料泵包括蠕動泵或隔膜泵。6.如權利要求1所述的生產鋰離子電池多元正極材料前驅體的裝置，其特征在于，所述檢測結構包括設于反應釜內的pH計和溫度傳感器。7.如權利要求1所述的生產鋰離子電池多元正極材料前驅體的裝置，其特征在于，所述pH計外套保護管。8.如權利要求1所述的生產鋰離子電池多元正極材料前驅體的裝置，其特征在于，所述反應釜由釜體和多孔蓋體組成，多孔蓋體的材質為不銹鋼，表面有防腐層。
【專利摘要】本實用新型公開了生產鋰離子電池多元正極材料前驅體的裝置，包括：反應釜，內設攪拌機構，底部設有物料出口，外部設有夾套；投料機構，通過管道與反應釜頂部連接，用于往反應釜投入原料；供氣機構，通過管道與反應釜頂部連接，用于往反應釜輸送保護氣；加熱機構，通過管道與所述夾套的進口和出口連接，用于對通過夾套的換熱介質進行加熱；檢測機構，檢測反應釜內的溫度、pH值和壓力；控制機構，接收檢測機構的檢測信號，進而控制投料機構、供氣機構和加熱機構的運行。本實用新型通過檢測機構和控制機構，自動控制反應釜內的溫度、pH值和壓力，精確控制反應進程，使得結晶體的形貌可控均勻，粒度分布均一，振實密度高。
【IPC分類】H01M4/505, H01M4/04, H01M4/525
【公開號】CN204720500
【申請號】CN201520275255
【發明人】何文祥, 孫偉, 李文, 李靖, 李萌萌, 施利勇, 李福林
【申請人】浙江天能能源科技有限公司
【公開日】2015年10月21日
【申請日】2015年4月30日