【技术实现步骤摘要】
正极材料的制备方法、装置及系统
[0001]本专利技术属于电极材料制备领域，具体涉及正极材料的制备方法、装置及系统。
技术介绍
[0002]锂离子电池是一种依靠锂离子在正负极之间往返嵌入和脱嵌完成充放电的二次电池。正极材料的性能直接影响着锂离子电池的性能，其成本也直接决定电池成本高低。目前常用的锂离子电池正极材料有镍铬锰酸锂、镍钴铝酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、磷酸钴锂、磷酸锰锂、锰酸锂、钛酸锂、镍钴锰铝四元正极材料(NCMA)、镍钴二元正极材料(NC)、镍锰二元正极材料(NM)等。
[0003]正极材料通常由锂盐和过渡金属氢氧化物前驱体烧结而成。传统的烧结方式是静态烧结，存在混料不均、传热传质效果差的缺陷，导致反应时间长、产品一致性差等问题。最近发展了使用流化床设备动态烧结正极材料的技术。但现有的动态烧结技术仍存在耗时长、受热不均匀、产品一致性差等问题，难以保证正极粉体材料的充分流动，易发生局部甚至全局的粘接失流，而且现有技术中使用的流化床设备对进料有严格的要求，颗粒太小难以流化，无法获得符合要求的三元正极材料成品。
[0004]因此，本领域需要能够实现动态均匀快速烧结的正极材料制备技术。
技术实现思路
[0005]本专利技术提供一系列全新的正极材料制备方法、设备和系统，能够解决现有技术中存在的烧结设备耗时长、受热不均匀、产品一致性差、包覆不均匀甚至出现部分裸露现象中的一项或多项问题。本专利技术的微球成型工艺和微球成型装置解决了传统流化床烧结流动质量差、传递能力弱的问题。本...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)预处理：进行微球成型和/或多级逆流旋流预热；所述微球成型包括将第一浆料制备成微球状的第一浆料颗粒；所述多级逆流旋流预热包括采用气固多级逆流旋流接触对正极材料原料颗粒、正极材料半成品颗粒或第一浆料颗粒进行加热和颗粒大小的筛选；所述第一浆料为包含(a)正极材料原料或正极材料半成品和(b)分散剂的分散体系；(2)流化床烧结：使用流化床反应器对预处理得到的物料进行烧结。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法具有以下一项或多项特征：所述正极材料原料或正极材料半成品包括以下成分的混合物或复合物：(a)锂盐，和(b)选自过渡金属氢氧化物和过渡金属碳酸盐中的一种或多种；通过所述微球成型制备得到的微球状的第一浆料颗粒的粒径为20～300μm；用于所述微球成型的第一浆料的pH为4～12；用于所述微球成型的第一浆料的固含率为5～75wt％；在所述微球成型之前对第一浆料进行粗砂磨；所述微球成型的操作条件为：操作温度为50～500℃、优选为75～300℃，操作压力为0.5～5bar，操作固气比为0.001～10kg/kg；通过所述多级逆流旋流预热筛选出的颗粒的粒径为25～350μm；所述预处理包括：先通过微球成型将第一浆料制备成微球状的第一浆料颗粒，再通过多级逆流旋流预热对微球状的第一浆料颗粒进行加热和颗粒大小的筛选；所述制备方法还包括步骤(3)：使用流化床反应器对烧结后的物料进行包覆改性；用于所述微球成型的第一浆料为正极材料前驱体混锂浆料，所述正极材料前驱体混锂浆料含有正极材料前驱体颗粒、锂盐、水和任选的无机纳米粒子。3.如权利要求要求2所述的制备方法，其特征在于，所述正极材料前驱体混锂浆料具有以下一项或多项特征：所述正极材料前驱体选自锰酸锂正极材料前驱体、钴酸锂正极材料前驱体、镍酸锂正极材料前驱体、磷酸铁锂正极材料前驱体、镍锰酸锂正极材料前驱体、镍钴酸锂正极材料前驱体、镍钴锰酸锂正极材料前驱体、镍钴铝酸锂正极材料前驱体和镍钴锰铝酸锂正极材料前驱体中的一种或多种，优选为镍钴锰酸锂正极材料前驱体；所述正极材料前驱体颗粒的D50粒径在1
‑
20μm之间，优选在2
‑
15μm之间；所述正极材料前驱体颗粒为由纳米粒子团聚成的二次球状粉体；优选地，所述纳米粒子的片径在100
‑
300nm之间；所述正极材料前驱体颗粒表面包覆有锂盐；所述正极材料前驱体颗粒内部渗透有锂盐；所述锂盐选自氢氧化锂、碳酸锂、硝酸锂、醋酸锂、硫酸锂、氯化锂、氟化锂、草酸锂、磷酸锂和磷酸氢锂中的一种或多种，优选为氢氧化锂；所述正极材料前驱体混锂浆料的含水量为20
‑
40wt％；所述正极材料前驱体混锂浆料中，所述正极材料前驱体和锂的摩尔比为1:(1.01
‑
1.05)；
所述无机纳米粒子选自纳米氧化硅、纳米氧化铝和纳米氧化锆中的一种或多种；所述正极材料前驱体混锂浆料中，所述无机纳米粒子的含量为所述正极材料前驱体质量的0.1％
‑
1％；所述正极材料前驱体混锂浆料室温下表观粘度为1000
‑
5000cps，或者所述正极材料前驱体混锂浆料呈凝胶态。4.一种微球成型装置，包括：微球成型塔筒体、对称环－核气体分布装置、浆料输入机构、微球成型塔底锥、气体导出机构和固体颗粒出口，其中，所述微球成型塔筒体呈圆筒形，作为第一浆料与气体接触的场所；所述对称环－核气体分布装置位于所述微球成型塔筒体上方，用于向微球成型塔筒体提供均匀分布的气体；所述浆料输入机构包括伸入所述微球成型塔筒体内部的带喷嘴的喷管，用于向微球成型塔筒体提供第一浆料；所述微球成型塔底锥呈倒锥形，所述微球成型塔底锥的顶部与微球成型塔筒体的底部连通；所述气体导出机构包括设置在微球成型塔底锥侧面的气体出口，用于将气体排出微球成型装置；所述固体颗粒出口位于微球成型塔底锥的底部，用于将微球排出微球成型装置；优选地，所述微球成型装置具有以下一项或多项特征：所述浆料输入机构的数量大于1，且各浆料输入机构对称分布于微球成型塔筒体；所述浆料输入机构的喷嘴与所述对称环－核气体分布装置之间的距离为所述微球成型塔筒体直径的1/50～1/25；所述微球成型塔底锥的锥角为15度～50度；所述气体导出机构包括经由所述微球成型塔底锥的侧面伸入所述微球成型塔的气体导出管；优选地，所述气体导出管在所述微球成型塔底锥内的开口向上，且所述气体导出机构还包括设置在气体导出管在微球成型塔底锥内的开口周围的微球阻挡结构；优选地，所述微球阻挡结构包括设置在所述气体导出管在所述微球成型塔底锥内的开口的上方的微球阻挡结构锥体，所述微球阻挡结构锥体的顶点朝上，所述微球阻挡结构锥体的底部与所述微球成型塔底锥连通；优选地，所述微球阻挡结构还包括设置在所述气体导出管在所述微球成型塔底锥内的开口的四周的微球阻挡结构柱体，所述微球阻挡结构柱体的顶部与所述微球阻挡结构锥体相连，所述微球阻挡结构柱体的底部与微球成型塔底锥连通；所述对称环－核气体分布装置包括至少两个进气管道、环形气体预分布室、导出管和预分布器，其中，所述环形气体预分布室呈圆台状，所述预分布器位于所述环形气体预分布室的下方，所述导出管设置在所述环形气体预分布室内，所述预分布器与所述环形气体预分布室通过所述导出管连通，所述至少两个进气管道对称切向分布于所述环形气体预分布室的侧壁；优选地，所述导出管为至少一个竖直管道，位于所述环形气体预分布室中心；优选地，所述导出管的上端开口与所述环形气体预分布室的顶部之间的距离小于所述进气管道面向所述环形气体预分布器的开口上沿的距离；所述浆料输入机构的喷管基于反拉瓦尔喷管和旋转射流进行设计；优选地，喷管管道与喷嘴的直径比例为1:1～1:4；优选地，喷嘴的张角为15
°
～60
°
；优选地，喷嘴采用中心热
气体喷射环隙旋转浆料射流组合或中心浆料射流环隙热气体旋流喷射保护组合。5.一种多级逆流旋流预热装置，包括至少二级上下串联的旋流器；所述旋流器包括旋流器入口、主体筒体、气体出口、旋流叶片和颗粒出口，其中，所述旋流器入口设置在所述主体筒体的顶部，供气体和颗粒进入所述旋流器，所述气体出口设置在所述主体筒体的侧壁，供气体离开所述旋流器，所述旋流叶片设置在所述主体筒体内部，用于产生旋流，所述颗粒出口设置在所述主体筒体的底部，供颗粒离开旋流器；优选地，所述气体出口的直径与所述主体筒体的直径的比值为0.25～0.75。6.一种流化床反应器，包括流化床反应器本体、至少一个多孔板或伞型挡板、溢流管、颗粒输入机构、流体入口、可选的流体分布器和可选的包覆物料输入机构，其中，所述多孔板或伞型挡板设置在所述流化床反应器本体内的床层高度上，每一个多孔板或伞型挡板将所述流化床反应器本体内部切分成上下相邻的两段床层；至少两根溢流高度不同的所述溢流管分设在每相邻两段床层之间，用于将相邻两段床层的上段床层内颗粒传输到相邻两段床层的下段床层；所述颗粒输入机构设置于最上段床层对应的所述流化床反应器本体的侧壁，所述颗粒输入机构优选包括松动开口的颗粒输送管道以及侧开缝的颗粒分布筒；所述流体入口设置于所述流化床反应器本体的底部，供气体进入所述流化床反应器；所述任选的流体分布器设置于所述流化床反应器本体的底部，用于分布通过所述流体入口进入流化床反应器本体的气体；所述任选的包覆物料输入机构设置于所述流化床反应器本体的侧壁，用于将包覆物料输入所述流化床反应器；优选地，所述包覆物料输入机构包括伸入所述流化床反应器本体内部的带喷嘴的喷管；优选地，所述包覆物料输入机构的喷管基于反拉瓦尔喷管和旋转射流进行设计；优...
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