【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于前驱体制备，具体涉及一种钠离子电池三元正极材料前驱体制备系统及方法。
技术介绍
1、近年来，由于锂离子电池发展技术较为成熟，且锂资源的供应量不断减少导致锂离子电池价格迅速上升，因此钠离子电池的研究与开发有望在一定程度上缓解由于锂资源短缺引发的储能电池发展受限问题。
2、目前，钠离子电池三元正极材料的前驱体通常可以利用金属盐溶液与碱溶液通过共沉淀的反应结晶，再经过滤分离、洗涤纯化、烘干等过程制得。现有制备工艺过程存在的主要问题是：（1）难以形成大小均匀且规整的球状结构，从而使得制备的钠电池三元正极材料的比容量较低；（2）溶液法制备钠电三元正极材料前驱体时，除氧至关重要，原溶液中氧含量决定材料的品质，而使用大量的氮气鼓泡除氧导致耗氮气量过大，能耗很大；（3）溶液法制备钠电三元正极材料前驱体反应后，需要洗涤过滤，现阶段生产中的洗涤无法洗净前驱体中残余的可溶性杂质硫酸根等，是导致制备的钠电池三元正极材料的比容量较低的主要原因。
3、专利cn116161711a公开了一种钠离子电池前驱体的制备方法，包括：配制镍、亚铁、锰的金属混合盐溶液、氢氧化钠溶液、氨水溶液；向反应釜、中间槽和提浓机中注水；加入第二溶液、第三溶液、还原性物质；持续通入保护气体；溶液进行循环；将第一溶液、第二溶液、第三溶液通入到反应釜中，反应，进行晶核准备；晶核准备完成后，出清，减小ph，降低搅拌速率，提高第一溶液的通入流量；达到目标粒度后，陈化，烘干。该专利虽然克服连续法细粉多，径距宽的缺点，但该专利仍未解决上述提到的除氧及可溶性杂
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种钠离子电池三元正极材料前驱体的制备系统和方法，根据本专利技术的制备系统和方法制作的钠离子电池三元正极材料前驱体颗粒球形度好、致密度高，所制备的三元正极材料的比容量大、循环容量保持率高。
2、为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供一种所述系统包括除氧组件1和反应釜10；所述除氧组件1包括真空泵11、分布器2和预进料釜7，所述真空泵11和所述分布器2的顶部连接，所述分布器2设置在所述预进料釜7的外上方；所述预进料釜7的底部设置有出料口7-1，所述出料口7-1分别和所述反应釜10的顶部及设置在所述分布器2顶部的进液口2-1管道连接；所述分布器2的底部设置有排出口2-2，所述排出口2-2和所述预进料釜7的顶部管道连接；所述分布器2的内上部设置有分布器喷头3，所述分布器2下部连接氮气通入管道6。
3、在一些实施例中，所述分布器喷头3包括分布盘3-1和连接管3-2，所述连接管3-2的进液端和所述分布器2顶部的进液口2-1连通，所述连接管3-2的出液端和所述分布盘3-1连通，所述分布盘3-1内部设有锥形缓冲腔3-3。
4、在一些实施例中，所述分布盘3-1底部设置有多个均匀分布的圆形小孔3-4，所述圆形小孔3-4的直径为4.5-5mm。
5、在一些实施例中，所述预进料釜7底部的出料口7-1和所述反应釜10顶部之间的管道上设置有第一阀门12，所述预进料釜7底部的出料口7-1和所述分布器2顶部的进液口2-1之间的管道上设置有第二阀门13。
6、在一些实施例中，所述反应釜10的底部连接有真空抽滤装置14。
7、根据本专利技术的又一个方面，本专利技术还提供一种应用上述系统制备钠离子电池三元正极材料前驱体的方法，其特征在于，包括如下步骤：
8、（1）将硫酸镍、硫酸亚铁和硫酸锰按照摩尔比为1-1.3：1-1.5：1-1.3的比例加入去离子水中，配置过渡金属硫酸盐溶液；
9、（2）将所述过渡金属硫酸盐溶液、氨水溶液和氢氧化钠水溶液分别单独通过除氧组件1进行循环抽真空、通氮气处理0.5-1h，得到除氧后的过渡金属硫酸盐溶液、氨水溶液和氢氧化钠水溶液；
10、（3）将所述除氧后的过渡金属硫酸盐溶液和氨水溶液匀速加入反应釜10内，同时滴加所述除氧后的氢氧化钠水溶液控制反应体系的ph值在9.5-11.0之间，保持搅拌速度为1500-2000r/min条件下，50-55℃进行反应6-12h；
11、（4）陈化：反应结束后，进行陈化12-24h，陈化过程中控制陈化温度为50-55℃，搅拌速度为500-800r/min；
12、（5）洗涤、干燥：陈化结束后，调整搅拌速度为100-200r/min并继续匀速搅拌，开启反应釜10底部的真空抽滤装置14进行抽滤，同时加水进行循环洗涤，使反应釜10内部液位保持不变，洗涤1-6h后抽滤至泥状，90-120℃烘干，烘干后粉末重复上述洗涤、干燥操作，得到所述钠离子电池三元正极材料前驱体。
13、在一些实施例中，步骤（1）中，所述过渡金属硫酸盐溶液中，镍离子、亚铁离子和锰离子的总浓度为1-3mol/l。
14、在一些实施例中，步骤（2）中，氨水溶液的浓度为0.2-0.5mol/l，氢氧化钠水溶液的浓度为3-5mol/l。
15、在一些实施例中，步骤（3）中，所述除氧后的过渡金属硫酸盐溶液的加料速度为3-8l/h，所述除氧后的氨水溶液加料速度为2-3l/h。
16、根据本专利技术的又一个方面，本专利技术还提供一种根据上述方法制备的钠离子电池三元正极材料前驱体。
17、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
18、（1）本专利技术通过设计特定结构的除氧组件，特别是分布器的特殊结构可以实现低氮气损耗的方式除氧，即，少量的氮气就可以最大限度降低溶液中氧气浓度，使得应用所述系统制备的钠离子电池三元正极材料前驱体呈现大小均匀的致密球形结构，从而提高了钠离子电池三元正极材料的比容量和容量保持率，使得钠离子电池性能大幅度提高。
19、（2）本专利技术通过采用特殊的除氧和洗涤干燥方式，并进一步调控反应、陈化及洗涤过程不同的搅拌速度，使得得到的钠离子电池三元正极材料前驱体的均匀性和致密性更高，三元前驱体中硫酸根的浓度更低，从而进一步提高了三元正极材料的比容量和容量保持率。
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1.一种钠离子电池三元正极材料前驱体的制备系统，其特征在于，所述系统包括除氧组件（1）和反应釜（10）；所述除氧组件（1）包括真空泵（11）、分布器（2）和预进料釜（7），所述真空泵（11）和所述分布器（2）的顶部连接，所述分布器（2）设置在所述预进料釜（7）的外上方；所述预进料釜（7）的底部设置有出料口（7-1），所述出料口（7-1）分别和所述反应釜（10）的顶部及设置在所述分布器（2）顶部的进液口（2-1）管道连接；所述分布器（2）的底部设置有排出口（2-2），所述排出口（2-2）和所述预进料釜（7）的顶部管道连接；所述分布器（2）的内上部设置有分布器喷头（3），所述分布器（2）下部连接氮气通入管道（6）。
2.根据权利要求1所述钠离子电池三元正极材料前驱体的制备系统，其特征在于，所述分布器喷头（3）包括分布盘（3-1）和连接管（3-2），所述连接管（3-2）的进液端和所述分布器（2）顶部的进液口（2-1）连通，所述连接管（3-2）的出液端和所述分布盘（3-1）连通，所述分布盘（3-1）内部设有锥形缓冲腔（3-3）。
3.根据权利要求2所述钠离子电池三
4.根据权利要求1所述钠离子电池三元正极材料前驱体的制备系统，其特征在于，所述预进料釜（7）底部的出料口（7-1）和所述反应釜（10）顶部之间的管道上设置有第一阀门（12），所述预进料釜（7）底部的出料口（7-1）和所述分布器（2）顶部的进液口（2-1）之间的管道上设置有第二阀门（13）。
5.根据权利要求1所述钠离子电池三元正极材料前驱体的制备系统，其特征在于，所述反应釜（10）的底部连接有真空抽滤装置（14）。
6.一种应用权利要求1-5任一项所述系统制备钠离子电池三元正极材料前驱体的方法，其特征在于，包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述钠离子电池三元正极材料前驱体的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述过渡金属硫酸盐溶液中，镍离子、亚铁离子和锰离子的总浓度为1-3mol/L。
8.根据权利要求6所述钠离子电池三元正极材料前驱体的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，氨水溶液的浓度为0.2-0.5mol/L，氢氧化钠水溶液的浓度为3-5mol/L。
9.根据权利要求6所述钠离子电池三元正极材料前驱体的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述除氧后的过渡金属硫酸盐溶液的加料速度为3-8L/h，所述除氧后的氨水溶液加料速度为2-3L/h。
10.根据权利要求6-9任一项所述方法制备的钠离子电池三元正极材料前驱体。
...【技术特征摘要】
1.一种钠离子电池三元正极材料前驱体的制备系统，其特征在于，所述系统包括除氧组件（1）和反应釜（10）；所述除氧组件（1）包括真空泵（11）、分布器（2）和预进料釜（7），所述真空泵（11）和所述分布器（2）的顶部连接，所述分布器（2）设置在所述预进料釜（7）的外上方；所述预进料釜（7）的底部设置有出料口（7-1），所述出料口（7-1）分别和所述反应釜（10）的顶部及设置在所述分布器（2）顶部的进液口（2-1）管道连接；所述分布器（2）的底部设置有排出口（2-2），所述排出口（2-2）和所述预进料釜（7）的顶部管道连接；所述分布器（2）的内上部设置有分布器喷头（3），所述分布器（2）下部连接氮气通入管道（6）。
2.根据权利要求1所述钠离子电池三元正极材料前驱体的制备系统，其特征在于，所述分布器喷头（3）包括分布盘（3-1）和连接管（3-2），所述连接管（3-2）的进液端和所述分布器（2）顶部的进液口（2-1）连通，所述连接管（3-2）的出液端和所述分布盘（3-1）连通，所述分布盘（3-1）内部设有锥形缓冲腔（3-3）。
3.根据权利要求2所述钠离子电池三元正极材料前驱体的制备系统，其特征在于，所述分布盘（3-1）底部设置有多个均匀分布的圆形小孔（3-4），所述圆形小孔（3-4）的直径为4.5-5mm。
4.根据权利要求1所述钠...
【专利技术属性】
技术研发人员：牛超，徐舒心，陈纪云，牛会柱，
申请(专利权)人：山东永浩新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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