一种过渡金属锂氧化物的制备方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种过渡金属锂氧化物的制备方法及制备装置，包括以下步骤：A)将锂盐与过渡金属化合物混合，置于固定床反应器中，进行预处理，得到前体；所述预处理的压力为‑101～0kpa；所述预处理的温度为25～600℃；所述预处理的时间为1～10小时；B)将所述前体在固定床反应器中进行预烧结，得到中间体；C)将所述中间体在固定床反应器中进行烧结，得到过渡金属锂氧化物。本发明专利技术采用固定床反应器来生产过渡金属锂氧化物，在进行烧结之前，对原料进行预处理和预烧结，可以使气体和固体充分接触，提高反应物接触面积，有利于高温固相反应的进行，同时能够提高填料的厚度，提高生产效率的同时大大降低了耗氧量。

A preparation method and device of transition metal lithium oxide

【技术实现步骤摘要】
一种过渡金属锂氧化物的制备方法及装置
本专利技术属于锂电池
，尤其涉及一种过渡金属锂氧化物的制备方法及装置。
技术介绍
过渡金属锂氧化物是广泛用于可充电锂二次电池的电极材料，通过锂的反复脱嵌实现“摇椅式”充放电过程。过渡金属锂氧化物是一种重要的新能源电池材料，具有广阔的市场。目前在过渡金属锂氧化物的合成过程，被普遍采用的生产方式是将反应物料装入匣钵，然后匣钵被放置于隧道窑、辊道窑、推板窑等实现高温反应，同时在窑炉内部有气氛保护。过渡金属锂氧化物的生产过程实际是气氛保护下的高温气固两相反应，影响气固两相反应速率的主要因素有三个，具体如下:首先，气体通过气膜界面扩散到达气固两相界面的效率；其次，是气体在反应生成物固体中的扩散速率；第三，是固相界面间锂离子的扩散速率。增加气氛和反应物固体的接触效率可以促进气固两相反应，这需要颗粒保持松散状态，避免团聚。但是在高温匣钵烧结方式中，烧结物质在高温下团聚形成硬板块，虽然硬板块的上表面与气体得到接触，但不利于气体充分接触板块底部颗粒，也不利于及时排除废气。这种匣钵烧结方式，必须在物料填充厚度比较小的条件下才能充分反应，限制了物料填充厚度，一般填充厚度在10厘米以下，从而影响生产效率和产业化规模。
技术实现思路
本专利技术提供了一种过渡金属锂氧化物的制备方法及装置，本专利技术中的制备方法能够实现过渡金属锂氧化物的大批量生产，并且具有较好的电化学性能。本专利技术提供一种过渡金属锂氧化物的制备方法，包括以下步骤：A)将锂盐与过渡金属化合物混合，置于固定床反应器中，进行预处理，得到前体；所述预处理的压力为-101～0kpa；所述预处理的温度为25～600℃；所述预处理的时间为1～10小时；B)将所述前体在固定床反应器中进行预烧结，得到中间体；C)将所述中间体在固定床反应器中进行烧结，得到过渡金属锂氧化物。优选的，所述预烧结的温度为200～700℃；所述预烧结的时间为1～20小时；优选的，所述预烧结过程中固定床反应器内通有气体；所述气体为氧气、氮气和空气中的一种或几种；所述预烧结过程中气体的流速为0.001～20cm/s。优选的，所述步骤C)中烧结的温度为500～1000℃；所述步骤C)中烧结的时间为5～20小时；所述步骤C)中烧结的压力为101kpa～3MPa。优选的，所述步骤C)的烧结过程，每隔0.1～5小时，对固定床反应器通入气体；所述气体为氧气、氮气和空气中的一种或几种；所述预烧结过程中气体的流速为1～20cm/s。优选的，所述过渡金属化合物为过渡金属氧化物，过渡金属羟基氧化物、过渡金属氢氧化物和过渡金属碳酸盐；所述过渡金属化合物中的过渡金属为镍、钴、锰、钛、钒和钼中的一种或几种。优选的，所述为单水氢氧化锂、氧化锂、硫酸锂、乙酸锂、硝酸锂、碳酸锂、氢氧化锂、过氧化锂、碳酸氢锂和卤化锂中的一种或几种。本专利技术提供一种过渡金属锂氧化物的制备装置，包括固定床反应器；所述固定床反应器具有陶瓷内壁表面，所述固定床反应器外设置有外包围式加热装置，内腔设置有若干个辐射加热元件，底部设置有布气构件；所述若干个辐射加热元件以中轴线为中心在所述陶瓷内壁表面均匀分布；物料缓冲罐，所述物料缓冲罐与所述固定床反应器的进料口相连接；气固分离器，所述气固分离器设置有进口、顶部出口和底部出口，所述气固分离器的进口与所述固定床反应器的上部相连接；换热器，所述换热器的进口与所述气固分离器的顶部出口相连接；抽真空装置，所述抽真空装置与所述换热器相连接。优选的，所述物料缓冲罐内设置有陶瓷内衬。优选的，所述固定床反应器设置有进气口，所述进气口设置有气体流速控制装置。本专利技术提供了一种过渡金属锂氧化物的制备方法，包括以下步骤：A)将锂盐与过渡金属化合物混合，置于固定床反应器中，进行预处理，得到前体；所述预处理的压力为-101～0kpa；所述预处理的温度为25～600℃；所述预处理的时间为1～10小时；B)将所述前体在固定床反应器中进行预烧结，得到中间体；C)将所述中间体在固定床反应器中进行烧结，得到过渡金属锂氧化物。本专利技术采用固定床反应器来生产过渡金属锂氧化物，同时，本专利技术在进行烧结之前，在固定床反应器内对原料进行预处理和预烧结，可以使气体和固体充分接触，提高反应物接触面积，有利于高温固相反应的进行，同时能够提高填料的厚度，提高生产效率的同时大大降低了耗氧量，实验结果表明，以本专利技术的实施例制备的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料作为电池材料得到的电池，0.2C首次放电比容量为201.5mAh/g，1C/1C循环100周的容量保持率为97.2％，单位质量材料耗氧量低至1.0kg/kg。另外，本专利技术中的制备装置在固定床反应器的内部和外部分别设置了加热元件，解决了固定反应床在煅烧过程中加热不均匀的问题，与物料有接触的部位均设计有陶瓷内衬，避免物料对反应装置的腐蚀和金属离子的污染。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术中过渡金属锂氧化物的制备装置结构示意图；其中，1为物料缓冲罐；1-1为缓冲罐陶瓷内衬；2为移动床；2-1为外部窑炉；2-2为移动床陶瓷内衬；2-3为布气构件；3为气固分离器；4为物料收集罐；5为换热器；6-1～6-10为阀门；7-1为真空表，7-2为压力表；8为抽真空装置；9为气体流速控制装置；图2为本专利技术中移动床反应器的剖面俯视图；图3为本专利技术实施例1和对比例1中产品的粒径分布对比图；图4为本专利技术实施例6和对比例2中产品的XRD图；图5为本专利技术实施例8和对比例3中产品的循环性能图。具体实施方式本专利技术提供了一种过渡金属锂氧化物的制备方法，包括以下步骤：A)将锂盐与过渡金属化合物混合，置于固定床反应器中，进行预处理，得到前体；所述预处理的压力为-101～0kpa；所述预处理的温度为25～600℃；所述预处理的时间为1～10小时；B)将所述前体在固定床反应器中进行预烧结，得到中间体；C)将所述中间体在固定床反应器中进行烧结，得到过渡金属锂氧化物。在本专利技术中，所述锂盐优选为单水氢氧化锂、氧化锂、硫酸锂、乙酸锂、硝酸锂、碳酸锂、氢氧化锂、过氧化锂、碳酸氢锂和卤化锂，所述卤化锂优选为氟化锂、氯化锂或溴化锂；所述锂盐更优选为碳酸锂、氢氧化锂和单水氢氧化锂中的一种或几种。所述过渡金属化合物优选为过渡金属氧化物，过渡金属羟基氧化物、过渡金属氢氧化物和过渡金属碳酸盐；所述过渡金属化合物中的过渡金属优选为镍、钴、锰、钛、钒和钼中的一种或几种，具体的，在本专利技术的实施例中，可以是Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2、Ni0.6Co0.2Mn0.2(OH)2或Ni0.8Co0.15Al0.05(OH)2。在本专利技术中，制备得到的过渡金属锂氧化物选自锂化尖晶石、层状氧化物、锂化橄榄石或锂镍-钴-铝氧化物中的至少一种。本专利技术的过渡金属锂氧化物实例包括LiCoO2、Li2MnO4、LiNiO2和Li1+aNixCoyMn1-x-yO2、Li1+aNixCoyAl1-x-yO2化合物等，其中，a为0～本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种过渡金属锂氧化物的制备方法，包括以下步骤：A)将锂盐与过渡金属化合物混合，置于固定床反应器中，进行预处理，得到前体；所述预处理的压力为‑101～0kpa；所述预处理的温度为25～600℃；所述预处理的时间为1～10小时；B)将所述前体在固定床反应器中进行预烧结，得到中间体；C)将所述中间体在固定床反应器中进行烧结，得到过渡金属锂氧化物。

【技术特征摘要】
1.一种过渡金属锂氧化物的制备方法，包括以下步骤：A)将锂盐与过渡金属化合物混合，置于固定床反应器中，进行预处理，得到前体；所述预处理的压力为-101～0kpa；所述预处理的温度为25～600℃；所述预处理的时间为1～10小时；B)将所述前体在固定床反应器中进行预烧结，得到中间体；C)将所述中间体在固定床反应器中进行烧结，得到过渡金属锂氧化物。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预烧结的温度为200～700℃；所述预烧结的时间为1～20小时。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预烧结过程中固定床反应器内通有气体；所述气体为氧气、氮气和空气中的一种或几种；所述预烧结过程中气体的流速为0.001～20cm/s。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤C)中烧结的温度为500～1000℃；所述步骤C)中烧结的时间为5～20小时；所述步骤C)中烧结的压力为101kpa～3MPa。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤C)的烧结过程，每隔0.1～5小时，对固定床反应器通入气体；所述气体为氧气、氮气和空气中的一种或几种；所述预烧结过程中气体的流速为1～20cm/s。6.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张会斌，王瑛，王金福，赵洪东，牛龙伟，
申请(专利权)人：山东泽石新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37