CN218307914U - 一种前驱体制备装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及锂离子电池技术领域，公开了一种前驱体制备装置，该前驱体制备装置包括反应釜、金属盐进料管、第一进碱管和第二进碱管，反应釜中设置有搅拌件，金属盐进料管、第一进碱管和第二进碱管的出液口均位于反应釜中，且金属盐进料管和第一进碱管的出液口均靠近搅拌件的搅拌端，第一进碱管的出液口与金属盐进料管出液口之间的距离小于第二进碱管的出液口与金属盐进料管出液口之间的距离；前驱体制备装置还包括浓密机，浓密机的物料入口与反应釜的溢流口连通，浓密机的物料出口与第二进碱管连通。该前驱体制备装置采用间歇法制备镍钴锰三元材料的前驱体时，生长阶段中，容易生成细粉的问题。

Description

一种前驱体制备装置

技术领域

本实用新型涉及锂离子电池技术领域，特别涉及一种前驱体制备装置。

背景技术

锂离子电池凭借能量密度高、寿命长和生产成本相对较低等优势，广泛应用于电动汽车、数码产品和储能等领域。而三元材料(例如：镍钴锰三元材料)因为能量密度高的优点，在锂离子电池正极中的应用日益普遍。

三元材料是将料液、络合剂和沉淀剂分别注入到反应釜中经成核、生长生成前驱体，再将前驱体与锂盐烧结制得。现有技术中，采用间歇法制备镍钴锰三元材料的前驱体时，生长阶段中，容易出现反应釜内PH不均的现象，而反应釜内PH不均会导致局部过饱和，生成结晶性差的细粉，细粉不利于锂离子电池的循环性能和安全性能。

实用新型内容

本实用新型提供了一种前驱体制备装置，用于改善采用间歇法制备镍钴锰三元材料的前驱体时，生长阶段中，容易生成细粉的问题。

为达到上述目的，本实用新型提供以下技术方案：

一种前驱体制备装置包括：反应釜、金属盐进料管、第一进碱管和第二进碱管，所述反应釜中设置有搅拌件，所述金属盐进料管、所述第一进碱管和所述第二进碱管的出液口均位于所述反应釜中，且所述金属盐进料管和所述第一进碱管的出液口均靠近所述搅拌件的搅拌端，所述第一进碱管的出液口与所述金属盐进料管出液口之间的距离小于所述第二进碱管的出液口与所述金属盐进料管出液口之间的距离；

所述前驱体制备装置还包括浓密机，所述浓密机的物料入口与所述反应釜的溢流口连通，所述浓密机的物料出口与所述第二进碱管连通。

本实用新型提供的前驱体制备装置包括用于向反应釜中输送碱液的第一进碱管和第二进碱管，且金属盐进料管和第一进碱管的出液口均靠近搅拌件的搅拌端，第一进碱管的出液口与金属盐进料管出液口之间的距离小于第二进碱管的出液口与金属盐进料管出液口之间的距离，浓密机的物料入口与反应釜的溢流口连通，浓密机的物料出口与第二进碱管连通。使用本实用新型提供的前驱体制备装置制备锂离子电池镍钴锰三元正极材料的前驱体时，成核阶段，碱液由第一进碱管进入反应釜；生长阶段，碱液由第二进碱管进入反应釜，碱液在注入反应釜前先与浓密机排出的物料进行混合，从而能够提高生长阶段碱液的分散性、降低生长阶段碱液在反应釜局部浓度过高(亦即，反应釜内PH不均匀)的可能性，甚至避免生长阶段碱液在反应釜中局部浓度过高，从而能够减少因为过饱和出现细粉的情况，有利于锂离子电池的循环性能和安全性能。

同时，第二进碱管的出液口与金属盐进料管出液口之间的距离大于第一进碱管的出液口与金属盐进料管出液口之间的距离，相比于现有技术，增大了生长阶段碱液与金属盐之间的距离，因而，能够减少甚至避免生长阶段成核，减少细粉的出现。

可选地，所述浓密机的物料出口处连通设置有回流管，所述回流管与所述第二进碱管连通。

可选地，所述回流管与所述第二进碱管连通处的下游设置有管道混合器。

可选地，所述管道混合器为一个或多个；

当所述管道混合器为多个时，多个所述管道混合器在所述回流管与所述第二进碱管连通处的下游依次设置。

可选地，所述浓密机、所述回流管、所述第二进碱管以及所述管道混合器均始终高于所述反应釜中的液面。

可选地，前驱体制备装置包括输送泵，所述输送泵的进液口与所述反应釜的溢流口连通，所述输送泵的出液口与所述浓密机的物料入口连通。

可选地，前驱体制备装置包括中转釜，所述中转釜的物料入口与所述反应釜的溢流口连通，所述中转釜的物料出口与所述输送泵的进液口连通。

可选地，所述金属盐进料管的出液口与所述第一进碱管的出液口位于同一高度。

可选地，所述第二进碱管的出液口始终位于所述反应釜中液面的上方。

可选地，所述金属盐进料管为一根或多根，所述第一进碱管为一根或多根。

可选地，前驱体制备装置包括碱液料桶，所述碱液料桶包括第一出料口和第二出料口，所述第一进碱管与所述第一出料口连通，所述第二进碱管与所述第二出料口连通。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种前驱体制备装置的示意图(图中箭头方向表示流体的流动方向)。

图标：1-金属盐进料管；2-第一进碱管；3-第二进碱管；4-回流管；5-管道混合器；6-输送泵；7-第二连接管；8-第一连接管；100-反应釜；101-搅拌件；102-溢流口；103-放料阀；200-浓密机；300-中转釜；400-碱液料桶。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实施例提供的一种前驱体制备装置用于锂离子电池镍钴锰三元正极材料前驱体的间歇法制备，如图1所示，该前驱体制备装置包括反应釜100、金属盐进料管1、第一进碱管2和第二进碱管3，其中，反应釜100中设置有搅拌件101，金属盐进料管1、第一进碱管2和第二进碱管3的出液口均位于反应釜100中，且金属盐进料管1和第一进碱管2的出液口均靠近搅拌件101的搅拌端，第一进碱管2的出液口与金属盐进料管出液口之间的距离小于第二进碱管3的出液口与金属盐进料管出液口之间的距离。同时，前驱体制备装置还包括浓密机200，浓密机200的物料入口与反应釜100的溢流口102连通，浓密机200的物料出口与第二进碱管3连通。

现有技术中，间歇法前驱体生长阶段，碱管和料管都在反应釜内，搅拌不均就容易出现反应釜内PH不均匀。本实施例提供的前驱体制备装置包括用于向反应釜100中输送碱液的第一进碱管2和第二进碱管3，且金属盐进料管1和第一进碱管2的出液口均靠近搅拌件101的搅拌端，第一进碱管2的出液口与金属盐进料管出液口之间的距离小于第二进碱管3的出液口与金属盐进料管出液口之间的距离，浓密机200的物料入口与反应釜100的溢流口连通，浓密机的物料出口与第二进碱管连通。使用本实施例提供的前驱体制备装置制备锂离子电池镍钴锰三元正极材料的前驱体时，成核阶段，碱液由第一进碱管2进入反应釜100；生长阶段，碱液由第二进碱管3进入反应釜100，碱液在注入反应釜前先与浓密机排出的物料进行混合，从而能够提高生长阶段碱液的分散性、降低生长阶段碱液在反应釜100中局部浓度过高(亦即，反应釜内PH不均匀)的可能性，甚至避免生长阶段碱液在反应釜100中局部浓度过高，从而能够减少因为过饱和出现细粉的情况，有利于锂离子电池的循环性能和安全性能。

同时，第二进碱管3的出液口与金属盐进料管出液口之间的距离大于第一进碱管2的出液口与金属盐进料管出液口之间的距离，相比于现有技术，增大了生长阶段碱液与金属盐之间的距离，因而，能够减少甚至避免生长阶段成核，减少细粉的出现。

具体地，浓密机200的物料出口处可以连通设置有回流管4，回流管4与第二进碱管3连通。

可选地，回流管4、第一进碱管2以及第二进碱管3上均可以设置有用于控制管路通断的阀。

进一步地，一种可选的实现方式中，回流管4与第二进碱管3连通处的下游设置有管道混合器5，以使碱液和浓密机200排出的浓物料的混合更加充分、均匀，进而使反应釜100中不会出现局部碱液浓度过高的现象。

回流管4与第二进碱管3连通处的下游，即，位于回流管4与第二进碱管3连通处和反应釜100之间的管路上。

示例性地，管道混合器5的形式不限于管道动态混合器和管道静态混合器；管道混合器5为一个或多个，当管道混合器5为多个(例如：两个或者三个)时，多个管道混合器5在回流管4与第二进碱管3连通处的下游依次设置。

一种具体实现方式中，浓密机200、回流管4、第二进碱管3以及管道混合器5均始终高于反应釜100中的液面，以便于流体进入反应釜100中。

一种可选的实现方式中，前驱体制备装置包括输送泵6，输送泵6的进液口与反应釜100的溢流口102连通，输送泵6的出液口与浓密机200的物料入口连通，以使反应釜100溢流口102溢出的物料能够顺利进入浓密机200的物料入口。

示例性地，输送泵6的出液口与浓密机200的物料入口通过第一连接管8连通，第一连接管8上可以设置有用于控制管路通断的阀。

一种可选的实现方式中，前驱体制备装置包括中转釜300，中转釜300的物料入口与反应釜100的溢流口102连通，中转釜300的物料出口与输送泵6的进液口连通。

示例性地，中转釜300的物料入口与反应釜100的溢流口102通过第二连接管7连通，第二连接管7上可以设置有用于控制管路通断的阀。

一种可选的实现方式中，金属盐进料管1的出液口与第一进碱管2的出液口位于同一高度，从而有利于反应的进行。

示例性地，金属盐进料管1的出液口与第一进碱管2的出液口均与搅拌件的搅拌端平齐。

一种可选的实现方式中，第二进碱管的出液口始终位于反应釜中液面的上方，以尽可能增大生长阶段碱液注入点与金属盐溶液注入点之间的距离。

具体设置上述金属盐进料管1和第一进碱管2时，金属盐进料管1可以为一根或多根，第一进碱管2也可以为一根或多根。

具体设置上述前驱体制备装置时，前驱体制备装置还可以包括用于储存碱液的碱液料桶400，碱液料桶400包括第一出料口和第二出料口，第一进碱管2与第一出料口连通，第二进碱管3与第二出料口连通。

下面对使用本实施例提供的一种前驱体制备装置制备锂离子电池镍钴锰三元正极材料的前驱体的制备过程进行简要说明。

成核阶段，碱液由第一进碱管2注入反应釜100中，镍钴锰的盐溶液由金属盐进料管1注入反应釜100(反应釜100中有底液)中；开机阶段，保持较高PH成核生成一定数量晶种，溢流至中转釜300然后通过输送泵6打入到浓密机200中；浓密机200通过滤芯对物料进行固液分离，分离后的浓物料通过回流管4和第二进碱管3返回至反应釜100中；生长阶段，降低反应PH，反应釜100不在继续成核，碱液由第二进碱管3注入反应釜100中，晶种继续长大直至目标尺寸；合格后，由反应釜100底部的放料阀103放料。

生长阶段如果大量成核会影响成品的结晶性和粒度分布，使用本实施例提供的前驱体制备装置制备锂离子电池镍钴锰三元正极材料的前驱体时，生长阶段，金属盐进料管1和碱注入点更远，不会出现金属盐溶液和碱液局部浓度过高、成核的问题。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种前驱体制备装置，其特征在于，包括：反应釜、金属盐进料管、第一进碱管和第二进碱管，所述反应釜中设置有搅拌件，所述金属盐进料管、所述第一进碱管和所述第二进碱管的出液口均位于所述反应釜中，且所述金属盐进料管和所述第一进碱管的出液口均靠近所述搅拌件的搅拌端，所述第一进碱管的出液口与所述金属盐进料管出液口之间的距离小于所述第二进碱管的出液口与所述金属盐进料管出液口之间的距离；

所述前驱体制备装置还包括浓密机，所述浓密机的物料入口与所述反应釜的溢流口连通，所述浓密机的物料出口与所述第二进碱管连通。

2.根据权利要求1所述的前驱体制备装置，其特征在于，所述浓密机的物料出口处连通设置有回流管，所述回流管与所述第二进碱管连通。

3.根据权利要求2所述的前驱体制备装置，其特征在于，所述回流管与所述第二进碱管连通处的下游设置有管道混合器。

4.根据权利要求3所述的前驱体制备装置，其特征在于，所述管道混合器为一个或多个；

当所述管道混合器为多个时，多个所述管道混合器在所述回流管与所述第二进碱管连通处的下游依次设置。

5.根据权利要求3所述的前驱体制备装置，其特征在于，所述浓密机、所述回流管、所述第二进碱管以及所述管道混合器均始终高于所述反应釜中的液面。

6.根据权利要求1-5任一项所述的前驱体制备装置，其特征在于，包括输送泵，所述输送泵的进液口与所述反应釜的溢流口连通，所述输送泵的出液口与所述浓密机的物料入口连通。

7.根据权利要求6所述的前驱体制备装置，其特征在于，包括中转釜，所述中转釜的物料入口与所述反应釜的溢流口连通，所述中转釜的物料出口与所述输送泵的进液口连通。

8.根据权利要求1-5任一项所述的前驱体制备装置，其特征在于，所述金属盐进料管的出液口与所述第一进碱管的出液口位于同一高度；

和/或，所述第二进碱管的出液口始终位于所述反应釜中液面的上方。

9.根据权利要求1-5任一项所述的前驱体制备装置，其特征在于，所述金属盐进料管为一根或多根，所述第一进碱管为一根或多根。

10.根据权利要求1-5任一项所述的前驱体制备装置，其特征在于，包括碱液料桶，所述碱液料桶包括第一出料口和第二出料口，所述第一进碱管与所述第一出料口连通，所述第二进碱管与所述第二出料口连通。

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