本發(fā)明屬于電池材料制造領(lǐng)域，具體涉及一種單釜快速合成三元鋰電池正極材料前驅(qū)體的方法。
背景技術(shù)：
鎳鈷錳氫氧化物是三元成品電池（鎳鈷錳酸鋰）的正極材料前驅(qū)體，三元鋰聚合物電池成本低廉,高克容量（>150mah/g),工作電壓與現(xiàn)有電解液匹配,安全性好，循環(huán)性優(yōu)良，克容量高等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)廣泛應(yīng)用于小型電器、電動(dòng)工具、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域。鎳鈷錳氫氧化物合成工序多采用獨(dú)立的反應(yīng)釜進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)過程中粒徑未達(dá)標(biāo)前物料由溢流口直接溢流成為不合格品，一直溢流至釜內(nèi)粒徑合格才能作為合格品。逐步有廠家制作簡易濃密槽與反應(yīng)釜連接使物料從簡易濃密槽溢流，由于濃密槽內(nèi)無攪拌，可起到沉降顆粒作用，可減少顆粒流失，起到適當(dāng)提高反應(yīng)釜內(nèi)的固含量，但此法收率仍然欠佳，且反應(yīng)時(shí)間長。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種單釜快速合成三元鋰電池正極材料前驅(qū)體的方法。
本發(fā)明方法涉及的快速合成裝置，包括反應(yīng)釜和濃密器，所述反應(yīng)釜上有溢流口，所述溢流口與濃密器連通，濃密器底部經(jīng)過循環(huán)泵與反應(yīng)釜相連，所述濃密器內(nèi)有濾棒，經(jīng)過濾棒的母液匯總后經(jīng)過流量計(jì)、氣動(dòng)閥連接真空緩沖罐。
作為一種優(yōu)選，所述反應(yīng)釜底部連通過離心泵與濃密器頂部連接。
合成過程如下：
1）鎳鈷錳三元液、naoh溶液、氨水同時(shí)通過流量計(jì)勻速進(jìn)料至反應(yīng)釜內(nèi)，反應(yīng)釜內(nèi)溫度控制在40-70℃，ph控制在10.0-12.0，當(dāng)反應(yīng)釜液位至溢流口時(shí)，反應(yīng)釜內(nèi)漿料溢流至濃密器內(nèi)；
2）當(dāng)濃密器液位計(jì)顯示液位h1m時(shí)，濃密器控制系統(tǒng)開啟攪拌電機(jī)，當(dāng)濃密器液位達(dá)到h2m時(shí)，濃密器控制系統(tǒng)開啟氣動(dòng)閥，此時(shí)真空緩沖罐與濃密器連通，真空緩沖罐通過負(fù)壓將經(jīng)過濾棒的母液抽離濃密器，當(dāng)濃密器內(nèi)液位至h3m時(shí)氣動(dòng)閥關(guān)閉，停止抽母液，h1<h3<h2，濃密器底部的循環(huán)泵將濃密器內(nèi)漿料連續(xù)泵入反應(yīng)釜內(nèi)循環(huán)；
3）當(dāng)從反應(yīng)釜內(nèi)取樣檢測(cè)，固體顆粒粒徑達(dá)到9.0-20um時(shí)，粒徑合格，停止進(jìn)料，完成合成。
步驟2）中，濃密器的攪拌電機(jī)的頻率f=10-50hz。
步驟2）中，真空緩沖罐的真空度控制在20~80kpa。
作為一個(gè)實(shí)施例，合成過程如下：
1）80-120g/l濃度的鎳鈷錳三元液、30-34wt%的naoh溶液、12-18wt%的氨水同時(shí)通過質(zhì)量流量計(jì)勻速進(jìn)料至6.0-8.0m3反應(yīng)釜內(nèi)，三元液流量控制在600-1200l/h，反應(yīng)釜內(nèi)溫度控制在50-70℃，ph控制在10.0-11.0，當(dāng)反應(yīng)釜液位至溢流口時(shí)，反應(yīng)釜內(nèi)漿料溢流至體積為3.7m3的濃密器內(nèi)；
2）當(dāng)濃密器液位計(jì)顯示液位0.4m時(shí)，濃密器控制系統(tǒng)開啟攪拌電機(jī)，當(dāng)濃密器液位達(dá)到1.0m時(shí)，濃密器控制系統(tǒng)開啟氣動(dòng)閥，此時(shí)真空緩沖罐與濃密器連通，真空緩沖罐通過負(fù)壓將經(jīng)過濾棒的母液抽離濃密器，當(dāng)濃密器內(nèi)液位至0.8m時(shí)氣動(dòng)閥關(guān)閉，停止抽母液，濃密器底部的循環(huán)泵將濃密器內(nèi)漿料連續(xù)泵入反應(yīng)釜內(nèi)循環(huán)；
3）當(dāng)從反應(yīng)釜內(nèi)取樣檢測(cè)，固體顆粒粒徑達(dá)到9-20um時(shí)，粒徑合格，停止進(jìn)料，完成合成。
所述快速合成裝置中，所述濃密器內(nèi)的濾棒有氮?dú)夤芗凹兯苡糜跒V棒反吹再生。
所述反應(yīng)釜還裝有測(cè)溫儀和ph計(jì)。
所述濃密器還裝有液位計(jì)。
制備三元前驅(qū)體時(shí)，向反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)料，反應(yīng)釜內(nèi)液位上升至溢流口后漿料溢流至濃密器內(nèi)，濃密器底部與循環(huán)泵連接，循環(huán)泵出口至反應(yīng)釜內(nèi)，用于將濃密器內(nèi)漿料泵回反應(yīng)釜內(nèi)。濃密器內(nèi)過濾部分的濾棒規(guī)律排布并匯總連接至真空緩沖罐，部分漿料經(jīng)濾棒過濾后將漿料中顆粒攔截在濃密器內(nèi)，濃縮后的漿料再通過循環(huán)泵泵回反應(yīng)釜繼續(xù)反應(yīng)，通過濾棒的濾液則排至真空緩沖罐內(nèi)，真空緩沖罐與真空泵連通，真空泵持續(xù)運(yùn)作保證緩沖罐內(nèi)負(fù)壓環(huán)境，持續(xù)對(duì)濃密器內(nèi)進(jìn)行抽濾液操作。真空緩沖罐內(nèi)積累的濾液得到一定液位則排放至濾液儲(chǔ)罐，然后進(jìn)一步處理后排放。若真空負(fù)壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)可通過反應(yīng)釜下部連接的泵至濃密器頂部管道，通過正壓壓濾排母液方式排母液。
本發(fā)明針對(duì)氫氧化鎳鈷錳三元前驅(qū)體在合成階段生長速度慢，收率低等問題，可增強(qiáng)濃密效果、大幅提高合成的三元液流量，加快反應(yīng)速度、提高合成階段的收率，從而提高產(chǎn)量、降低成本。
附圖說明
圖1，三元鋰電池正極材料前驅(qū)體的快速合成裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，1-溢流口；2-反應(yīng)釜；3-濃密器；4-真空泵；5-循環(huán)泵；6-攪拌電機(jī)；7-液位計(jì)；8-真空緩沖罐；9-濾棒；10-氣動(dòng)閥；11-流量計(jì)；12-離心泵。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本發(fā)明方法涉及的快速合成裝置，包括反應(yīng)釜和濃密器，所述反應(yīng)釜上有溢流口，所述溢流口與濃密器連通，濃密器底部經(jīng)過循環(huán)泵與反應(yīng)釜相連，所述濃密器內(nèi)有濾棒，經(jīng)過濾棒的母液匯總后經(jīng)過流量計(jì)、氣動(dòng)閥連接真空緩沖罐。
具體實(shí)施時(shí)，向反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)料，反應(yīng)釜內(nèi)液位上升至溢流口后漿料溢流至濃密器內(nèi)。70-120g/l濃度的鎳鈷錳三元液、15-40%的naoh溶液、5-25%的氨水同時(shí)通過流量計(jì)勻速進(jìn)料至反應(yīng)釜內(nèi)，三元液流量控制在300-1200l/h,取樣檢測(cè)反應(yīng)釜內(nèi)的ph控制在10.0-12.0，上清液中氨濃度2.0-12.0g/l，反應(yīng)釜上的溫度儀自動(dòng)控溫在40-70℃。當(dāng)反應(yīng)釜液位至反應(yīng)釜與濃密器連接處時(shí)，反應(yīng)釜內(nèi)液位溢流至濃密器內(nèi)，當(dāng)濃密器液位計(jì)顯示液位0.4m時(shí)濃密器自控系統(tǒng)自動(dòng)開啟濃密器攪拌（f=10-50hz），且反應(yīng)過程中攪拌一直持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)濃密器液位達(dá)到1m時(shí)，濃密器自動(dòng)系統(tǒng)開啟排母液氣動(dòng)閥，此時(shí)真空緩沖罐（真空度控制在20~80kpa）與濃密器連通，真空緩沖罐通過負(fù)壓將濃密器內(nèi)母液抽離濃密器，當(dāng)濃密器內(nèi)液位至0.8m時(shí)排母液氣動(dòng)閥自動(dòng)關(guān)閉，停止抽母液。如此循環(huán)，當(dāng)合成過程至反應(yīng)釜取樣檢測(cè)時(shí)d50=9.0-20.0um時(shí)粒徑合格，停止進(jìn)料，完成合成。反應(yīng)時(shí)間較傳統(tǒng)的方式要短100-150%，收率可提高至99%。
生產(chǎn)過程中，母液在經(jīng)過濃密器內(nèi)的高精度濾棒后通過負(fù)壓將其排出，固體顆粒則留在了濃密器腔體內(nèi)，濃密器內(nèi)的攪拌能使得濃密器內(nèi)漿料呈均勻狀態(tài)，再經(jīng)過濃密器底部的循環(huán)泵將濃密器內(nèi)濃縮的漿料泵入反應(yīng)釜內(nèi)正常反應(yīng)體系繼續(xù)反應(yīng)，直至合成出合格的前驅(qū)體產(chǎn)品。濃密器的大過濾面積可完成反應(yīng)體系大金屬溶液進(jìn)料量，可提高反應(yīng)速率，提高生產(chǎn)效率。濃密器的高精度濾棒可完成排母液攔截固體顆粒，完全解決了在反應(yīng)過程中反應(yīng)釜內(nèi)指標(biāo)未合格前的溢流物料浪費(fèi)問題，大大提高了收率和單位產(chǎn)量。