【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂离子电池，涉及一种电池材料前驱体的共沉淀过程优化与放大的方法及装置，尤其涉及一种制备镍钴锰三元前驱体的共沉淀过程的优化与放大方法及装置。
技术介绍
1、正极材料是锂离子电池的核心部分，决定了锂离子电池性能和成本。常见的正极材料中，三元材料(linixcoymzo2，m＝mn和/或al，x+y+z＝1)具有较为平衡的成本、能量密度、循环及安全性能等优势，成为电动汽车、电动自行车等产品的主要选择。要满足三元正极材料髙比容量、髙倍率、长循环寿命等要求，前驱体的物理质量至关重要。前驱体共沉淀过程的操作条件，及合成的关键设备结晶釜内的流动及混合情况，是影响前驱体物理质量的重要因素。因此，对共沉淀操作条件及结晶釜进行调控与优化设计，制备出结晶度高、粒径小、均一性好、振实密度髙的三元前驱体材料，才能满足锂电池三元正极材料的需求并实现生产过程节能减排，对我国三元前驱体和三元材料产业的发展具有重要意义。
2、三元材料前驱体共沉淀反应非常快，影响因素复杂、调控与放大困难。进料方式、进料速率、转速、结晶器结构(桨型、内构件、大小)等都会直接影响体系的混合状况，进而直接影响局部过饱和度分布、剪切速率分布以及成核、生长、团聚速率分布，并最终决定晶体大小、粒度分布和形貌等产品性质。随着结晶器尺度与操作方案的变化，混合状况以及过饱和度的分布也随之变化，实验室开发的最优结晶操作方案往往放大后不再是最优的，同时也造成产品质量调控困难。
3、数值模拟能大幅减少实验和放大开发的周期与成本，是工业应用中进行优化和放大的一个重要手
4、因此，如何实现共沉淀过程中的数值优化与科学放大，减少实验成本，是亟待解决的技术问题。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种电池材料前驱体的共沉淀过程优化与放大的方法及装置。本专利技术提供的方法，通过数值模拟研究了共沉淀过程，优化了电池材料前驱体的制备过程中的操作条件及设备结构，并进行了科学放大，对于精准获得高质量电池材料前驱体产品具有重要意义。
2、为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种制备电池材料前驱体的共沉淀过程的优化与放大方法，所述优化与放大方法包括以下步骤：
4、建立共沉淀釜的几何模型，对几何模型进行网格划分，计算得到反应釜中不同位置下的流场参数；
5、构建共沉淀过程的群体平衡模型和共沉淀过程的反应釜内的微观混合模型；
6、将群体平衡模型与反应釜中不同位置下的流场参数耦合，得到晶体大小与分布在时空的变化结果；
7、将微观混合模型与反应釜中不同位置下的流场参数耦合，得到组分浓度结果；
8、依据耦合结果，进行电池材料前驱体的共沉淀过程的优化与放大。
9、优选地，所述计算的方法包括计算流体动力学。
10、优选地，所述流场参数中的压力速度的数值计算方法包括simple算法求解法。
11、优选地，所述流场参数中的湍流的数值计算方法包括realizable k-epsilon方程求解法。
12、优选地，采用多重参考系对旋转搅拌桨和固定挡板间相互作用进行处理。
13、优选地，所述群体平衡模型的基础方程为：
14、
15、其中，f(l)为晶体粒数密度函数，g(l)＝dl/dt为颗粒线性生长速率，b为成核速率，deff＝γeff/ρ为有效扩散率，γeff为有效扩散系数，ρ为流体密度，l0为晶核大小，u为流体局部流动速度矢量，ba(l)和da(l)分别代表团聚作用下晶体的生成速率密度函数以及消失速率密度函数。
16、优选地，所述群体平衡模型的转换方程为：
17、
18、其中，fw,i为每个粒度区间晶体的质量浓度，ρc和kv为晶体密度和体积形状因子。
19、优选地，所述群体平衡模型中，结合基础方程和转换方程，每个粒度下的区间积分，得到质量形式的群体平衡方程的离散方程为：
20、
21、优选地，依据质量形式的群体平衡方程的离散方程，得到了晶体大小与分布在时空的变化结果。
22、优选地，所述反应釜内的微观混合模型的计算公式包括：
23、
24、
25、其中，p为各环境体积分数矢量，<φ>和<s>分别为某一环境中组成、加权组成，g和mn分别代表p和<s>在微观混合作用下的变化速率，ul为液相流场速度，αl为液相相分数
26、第二方面，本专利技术提供一种制备电池材料前驱体的共沉淀过程的优化与放大的装置，所述装置包括：
27、几何模型模块，用于得到反应釜中不同位置下的流场参数；
28、群体平衡模型模块，用于得到晶体大小与分布在时空的变化结果
29、微观混合模型模块，用于得到组分浓度结果；
30、优化与放大模块，用于对群体平衡模型模块和微观混合模型模块的结果的优化与放大。
31、第三方面，本专利技术提供一种电子设备，所述电子设备包括：
32、至少一个处理器；以及
33、与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
34、所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行第一方面所述制备电池材料前驱体的共沉淀过程的优化与放大方法。
35、第四方面，本专利技术还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现第一方面制备电池材料前驱体的共沉淀过程的优化与放大方法。
36、相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：
37、本专利技术提供的方法，通过数值模拟研究了共沉淀过程，优化了电池材料前驱体的制备过程中的操作条件及设备结构，并进行了科学放大，对于精准获得高质量电池材料前驱体产品具有重要意义。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种电池材料前驱体的共沉淀过程的优化与放大方法，其特征在于，所述优化与放大方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的电池材料前驱体的共沉淀过程的优化与放大方法，其特征在于，所述计算的方法包括计算流体动力学。
3.根据权利要求2所述的电池材料前驱体的共沉淀过程的优化与放大方法，其特征在于，所述流场参数中的压力速度的数值计算方法包括Simple算法求解法；
4.根据权利要求1-3任一项所述的电池材料前驱体的共沉淀过程的优化与放大方法，其特征在于，所述群体平衡模型的基础方程为：
5.根据权利要求4所述的电池材料前驱体的共沉淀过程的优化与放大方法，其特征在于，所述群体平衡模型的转换方程为：
6.根据权利要求4所述的电池材料前驱体的共沉淀过程的优化与放大方法，其特征在于，所述群体平衡模型中，结合基础方程和转换方程，每个粒度下的区间积分，得到质量形式的群体平衡方程的离散方程为：
7.根据权利要求1-6任一项所述的电池材料前驱体的共沉淀过程的优化与放大方法，其特征在于，所述反应釜内的微观混合模型的计算公式包括：>
8.一种电池材料前驱体的共沉淀过程的优化与放大的装置，其特征在于，所述装置包括：
9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现权利要求1-7任一项电池材料前驱体的共沉淀过程的优化与放大方法。
...【技术特征摘要】
1.一种电池材料前驱体的共沉淀过程的优化与放大方法，其特征在于，所述优化与放大方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的电池材料前驱体的共沉淀过程的优化与放大方法，其特征在于，所述计算的方法包括计算流体动力学。
3.根据权利要求2所述的电池材料前驱体的共沉淀过程的优化与放大方法，其特征在于，所述流场参数中的压力速度的数值计算方法包括simple算法求解法；
4.根据权利要求1-3任一项所述的电池材料前驱体的共沉淀过程的优化与放大方法，其特征在于，所述群体平衡模型的基础方程为：
5.根据权利要求4所述的电池材料前驱体的共沉淀过程的优化与放大方法，其特征在于，所述群体平衡模型的转换方程为：
6.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：程景才，杨丽，谢明辉，杨超，韩倩影，苏杨，王浩亮，张妍，吴亮，周国忠，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。