具有动力喷射模块的系统及其方法技术方案

一种用于由液体混合物生产产品材料的处理系统，包括一排含有一个或多个动力喷射模块的矩阵，该模块适于将液体混合物喷射到一个或多个液滴流中，并迫使一个或多个液滴流进入处理系统，一个分散室，以及一个用于将一个或多个液滴流加工成产品材料的反应室。一种在处理系统上由液体混合物生产产品材料的方法，包括：移动一个或多个动力喷射模块中的每一个，以使其连接至处理系统的分散室的开口，打开一个或多个动力喷射模块的一个或多个门，处理反应室内的一个或多个液滴流，关闭动力喷射模块的一个或多个门并使一个或多个动力喷射模块中的每一个沿第二方向移动。中的每一个沿第二方向移动。中的每一个沿第二方向移动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有动力喷射模块的系统及其方法


[0001]本专利技术总体上涉及用于电池应用的材料的制备。更具体地说，本专利技术涉及制造用于二次电池的结构化阴极或阳极活性材料的方法和系统。

技术介绍

[0002]已进行了大量努力来研发先进的电化学电池单元(battery cells)，以满足在高能量密度、高动力性能、高容量、长循环周期、低价和卓越的安全性方面，各种消费者电子产品、电动运输工具和电网能量储存应用的逐渐增长的需求。在大多数情况下，需要微型化、轻便并且可充电(由此可重复使用)的电池，以节省空间和材料资源。
[0003]在电化学活性电池单元中，阴极和阳极浸入电解液，并且通过分离器来在电学上分开。分离器通常由多孔的聚合物膜材料构成，以使得在电池充电和放电期间，从电极释放到电解液中的金属离子可以通过分离器的孔扩散，并且在阴极和阳极之间迁移。电池单元的类型通常根据在其阴极和阳极电极之间运输的金属离子来命名。多年以来，商业上已开发出了多种可充电的二次电池，例如镍镉电池、镍氢电池、铅酸电池、锂离子电池和锂离子聚合物电池等。为了在商业上使用，可充电的二次电池要求是高能量密度、高动力性能和安全的。然而，在能量密度和动力性能之间存在一定的权衡。
[0004]锂离子电池是在20世纪90年代早期研发出来的一种二次电池。与其他二次电池相比，它具有高能量密度、长循环周期、没有记忆效应、低自放电率和环境友好性的优点。锂离子电池很快地被接受，并且主宰了商业二次电池市场。然而，商业生产多种锂离子电池的材料的成本远高于其他类型的二次电池的成本。
[0005]在锂离子电池中，电解液主要由有机溶剂(例如碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸二乙酯)中的锂盐(例如LiPF6、LiBF4或LiClO4)构成，以使得锂离子可以在其中自由移动。通常，分别使用铝箔(例如15～20微米厚)和铜箔(例如8～15微米厚)作为阴极电极和阳极电极的集电器。对于阳极，常常使用微米级石墨(具有大约330mAh/g的可逆的容量)作为覆盖阳极集电器的活性材料。石墨材料常常由固态工艺来制备，例如在无氧气、极高的温度下研磨并热解(例如在约3000℃下石墨化)。至于活性阴极材料，多年来，已研发出了不同晶体结构和容量的多种固体材料。好的阴极活性材料的例子包括纳米级或微米级的锂过渡金属氧化物材料和锂离子磷酸盐等。
[0006]阴极活性材料是锂离子电池中最贵的组件，并且在相对大的程度上，决定了锂电池单元的能量密度、循环周期、生产成本和安全性。当锂电池被初次商业化时，锂钴氧化物(LiCoO2)材料被用作阴极材料，并且在阴离子活性材料市场上它仍然占有显着的市场份额。然而，钴是有毒且昂贵的。其他锂过渡金属氧化物材料，例如分层结构的LiMeO2(其中金属Me＝Ni、Mn、Co等；例如LiNi
0.33
Mn
0.33
Co
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O2，其可逆/实际容量约为140～150mAh/g)、尖晶石结构的LiMn2O4(其可逆/实际容量约为110～120mAh/g)和橄榄树型锂金属磷酸盐(例如LiFePO4，其可逆/实际容量约为140～150mAh/g)近来被研发为活性阴离子材料。当用作阴离子材料时，尖晶石结构的LiMn2O4材料表现出差的电池循环周期，而橄榄树型LiFePO4材料
遭受低的能力密度和差的低温性能。至于LiMeO2材料，虽然其电化学性能较好，可是LiMeO2的现有制备工艺会主要得到团块，使得大多数LiMeO2材料的电极密度比LiCoO2低。无论如何，制备电池应用材料(尤其是阴极活性材料)的现有工艺过于昂贵，因为大部分工艺都消耗太多时间和能源，并且现有材料的质量仍不一致，并且产量低。
[0007]常规的材料制备工艺例如固态反应(例如混合固体前驱体，然后煅烧)和湿法化学工艺(例如在溶液中通过共沉淀、溶胶
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凝胶或者水热反应等处理前驱体，然后进行混合和煅烧)在生产纳米或微米结构的材料上面临显着的挑战。很难以所需的颗粒大小、形态、晶体结构、颗粒形状甚至化学计量比来一致地生产均一固体材料(即颗粒和粉末)。为了完全反应、同构型和晶粒生长，大多数常规的固态反应需要长的煅烧时间(例如4
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20小时)和额外的退火过程。例如，通过固态反应制得的尖晶石结构的LiMn2O4和橄榄树型LiFePO4材料需要至少几个小时的煅烧和分开的加热后退火过程(例如24小时)，并且仍然显示出差的质量一致性。固态反应的一个内在的问题是在煅烧炉内存在温度和化学物质(例如O2)梯度，这限制了最终成品的性能、一致性和总体质量。
[0008]另一方面，在低温进行的湿法化学工艺通常涉及较快的化学反应，但是之后仍然需要分开的高温煅烧过程乃至额外的退火过程。此外，在湿法化学工艺中所需的化学添加剂、胶凝剂和表面活性剂将增加材料生产成本(购买额外的化学物质并调节特定的工艺顺序、速率、pH和温度)，并且可能干扰由此生产的活性材料的最终组成(因此通常需要额外的步骤来去除不想要的化学物质或过滤产物)。此外，通过湿法化学生产的产品粉末的初级颗粒的大小非常小，并且易于团结成不合需要的大尺寸的二级颗粒，从而影响能量存储密度。另外，由此生产的粉末颗粒的形态常常表现出不合需要的无定形团聚体、多空团聚体、线状体、杆状体、片状体等。允许高的存储密度的均一的颗粒大小和形态是可取的。
[0009]锂钴氧化物(LiCoO2)材料的合成相对简单，包括混合锂盐(例如具有所需颗粒大小的氧化钴(Co3O4)的氢氧化锂(LiOH)或碳酸锂(Li2CO3)，然后在炉内在非常高的温度下长时间(例如900℃下20小时)煅烧，以确保锂金属扩散到氧化钴的晶体结构中以形成分层晶体结构的LiCoO2粉末的合适的最终产物。此方法不适用于LiMeO2，因为如果直接混合并使其过渡金属氧化物或盐反应(固态煅烧)，过渡金属例如Ni、Mn和Co不能很好地扩散到彼此之中形成均一混合的过渡金属层。因此，在制备最终的活性阴离子材料(例如锂NiMnCo过渡金属氧化物(LiMeO2))前，常规的LiMeO2制备工艺需要购买或从共沉淀湿法化学工艺来制备过渡金属氢氧化物前驱体化合物(例如Me(OH)2，Me＝Ni、Mn、Co等)。
[0010]由于这些Ni(OH)2、Co(OH)2和Mn(OH)2前驱体化合物的水溶性不同，并且它们通常在不同的浓度下沉淀，因此必须控制这些前驱体化合物的混合溶液的pH值，必须缓慢地以小份形式地添加氨水(NH3)或其他添加剂，以确保镍(Ni)、锰(Mn)和钴(Co)可以一起共沉淀来形成微米级镍
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锰
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钴氢氧化物(NMC(OH)2)二级颗粒。该共沉淀的(NMC(OH)2)二级颗粒通常是纳米级初级颗粒的团聚物。因此，由NMC(OH)2前驱体化合物制得的最终的锂NMC过渡金属氧化物(LiMeO2)也是团聚物。在电极压光步骤和涂覆到集电器箔上期间，这些团聚物易于在高压下破碎。因此，当这些锂NMC过渡金属氧化物材料用作阴极活性材料时，在压光步骤必须使用相对低压，并且进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种由液体混合物生产产品材料的处理系统，包括：一阵列式的一个或多个动力喷射模块的阵列，适于将所述液体混合物喷射到一个或多个液滴流中，并迫使所述一个或多个液滴流进入处理系统，其中每个动力喷射模块包括一个动力喷射器；一个分散室，其适于联接至所述一个或多个动力喷射模块，并在所述分散室内接收与一种或多种气体流一起分散的所述一种或多种液滴流；和一个反应室，所述反应室连接到所述分散室并适于将所述一种或多种液滴流加工成所述产品材料。2.根据权利要求1所述的处理系统，其中，所述分散室包括一个或多个开口并且所述每个动力喷射模块的所述动力喷射器适于可移动地联接至所述分散室的所述开口。3.根据权利要求2所述的处理系统，其中，所述每个动力喷射模块还包括一个支撑框架和一个用于支撑所述动力喷射器移动的第一致动器。4.根据权利要求3所述的处理系统，其中，所述第一致动器由电子控制中心控制，并且适于使所述动力喷射器移动以对应地连接至所述分散室上的所述开口。5.根据请求项3所述的处理系统，其中，所述每个动力喷射模块的所述动力喷射器由所述动力喷射模块的所述第一致动器移动被定位在第一位置处，以连接到所述分散室的所述开口。6.根据权利要求3所述的处理系统，其中，所述每个动力喷射模块还包括一个密封组件，以利用所述分散室在所述第一位置处的开口来密封所述每个动力喷射模块。7.根据权利要求3所述的处理系统，其中，所述每个动力喷射模块的所述动力喷射器由所述动力喷射模块的所述第一致动器移动被定位在第二位置处，以远离所述分散室的开口。8.根据权利要求1所述的处理系统，其中，所述动力喷射器包括含有一阵列式的一个或多个喷嘴孔，所述每个喷嘴孔适于将所述液体混合物射出，置于所述一个或多个液滴流中。9.根据权利要求6所述的处理系统，其中，所述每个动力喷射模块的动力喷射器还包括一个门，使得所述动力喷射器适于经由第二致动器定位在一个关闭位置和一个打开位置。10.根据权利要求1所述的处理系统，其中，所述每个动力喷射模块还包括一个清洁组件。11.根据权利要求10所述的处理系统，其中，所述每个动力喷射模块的所述清洁组件还包括一个可移动清洁刀片组件。12.根据权利要求10所述的处理系统，其中，所述每个动力喷射模块的所述清洁组件还包括一个可移动的抽吸组件。13.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王焱，杨录，陈良毓，
申请(专利权)人：壹久公司，
类型：发明
国别省市：