本发明专利技术公开了一种单晶三元正极材料、连续制备方法和装置以及应用。本发明专利技术先将过量的锂源及助熔盐熔融为液态，再加入前驱体进行烧结；然后在混合熔盐仍为液态状态下，使用筛网将烧结得到的固体材料从混合熔盐中分离，获得单晶镍钴锰三元正极材料；将剩余混合熔盐回收循环利用。本发明专利技术随着烧结次数的增加补充所需盐类即能够连续的、重复利用熔盐，降低实际生产成本，方法工艺简单，易于大规模生产利用。且获得的单晶正极材料具有较好的层状结构，阳离子有序度较高，颗粒大小均匀，单晶形貌突出。单晶形貌突出。单晶形貌突出。
【技术实现步骤摘要】
一种单晶三元正极材料、连续制备方法和装置以及应用
[0001]本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种单晶三元正极材料、连续制备方法和装置以及应用。
技术介绍
[0002]相较于其他二次电池，锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、无记忆效应、自放电小等优点，已经广泛应用于手机、电脑等数码产品。在锂离子电池中，负极材料能量密度远高于正极材料，因此正极材料发展成为限制锂离子电池整体性能提升的重要因素。目前，商用锂离子电池正极材料主要有磷酸铁锂、钴酸锂、三元正极材料等，其中三元正极材料具有相对较低的成本及更高的能量密度。然而，商业化三元正极材料大多是由一次颗粒聚集撑的二次粒子，在充放电过程中，锂嵌入、脱出导致各向异性的体积膨胀，从而使材料发生晶界断裂，导致材料内部缝隙增加，离子扩散路径增长，副反应加剧，限制三元材料在高电压条件下的应用。
[0003]单晶三元正极材料具有较高的振实密度，不易发生晶面断裂，颗粒内部缝隙少。在使用熔盐法制备单晶三元正极材料的过程中，通常将熔盐和产物混合物共同水洗，过滤，熔盐溶解在水中以滤液形式和产物分离。但由于熔融盐冷却后硬度较大，需要使用较多水将其溶解，使用过多的水易对三元材料性能造成损害，并且盐溶解在水中之后，剩余的熔盐难以重复利用，水洗后产生大量盐溶液，不仅使成本大幅升高，而且增大了污水处理系统的压力。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种单晶三元正极材料、连续制备方法和装置以及应用，解决了上述
技术介绍
中熔盐重复利用等问题。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案之一是：提供了一种单晶三元正极材料的连续制备方法，包括如下步骤：
[0006](1)将过量的锂源及助熔盐混合，升高温度使其熔融为液态，得到混合熔盐；
[0007](2)在所得混合熔盐中加入前驱体，在含氧气氛中烧结，得到粒径为0.5～10μm的固体材料；所述前驱体的化学式为Ni
x
Co
y
Mn
z
(OH)2，其中x≥0.6，x+y+z＝1；
[0008](3)在混合熔盐仍为液态状态下，使用筛网将所述固体材料从混合熔盐中分离，进入步骤(4)；将剩余混合熔盐回收，进入步骤(5)；
[0009](4)将分离出的固体材料水洗、烘干、复烧，获得单晶镍钴锰三元正极材料，化学式为LiNi
x
Co
y
Mn
z
O2，其中x≥0.5，x+y+z＝1；
[0010](5)将回收的混合熔盐回到步骤(2)中循环利用，随着烧结次数的增加补充锂源及助熔盐。
[0011]在本专利技术一较佳实施例中，所述锂源为氢氧化锂、碳酸锂、硝酸锂、醋酸锂、氯化锂中的至少一种。所述助熔盐为硫酸锂、氯化锂、硝酸锂、醋酸锂、氢氧化锂、氯化钠、硫酸钠、
硝酸钠、醋酸钠、氯化钾、氢氧化钾、醋酸锰、醋酸钴或醋酸镍。
[0012]在本专利技术一较佳实施例中，所述前驱体为球形颗粒，粒径1～15μm。
[0013]在本专利技术一较佳实施例中，所述步骤(2)中，烧结温度为400～1000℃，烧结时间为10～30h，烧结气氛为氧气或空气。
[0014]在本专利技术一较佳实施例中，所述筛网的材质包括铂丝、铑丝、钛丝、合金、不锈钢、镉镍不锈钢、铁铬铝丝或蒙尔乃丝。
[0015]在本专利技术一较佳实施例中，(4)将分离出的固体材料水洗除去材料表面残余盐；然后于烘箱中80～180℃下烘干12h～48h；最后将烘干后的固体材料复烧，复烧温度为300～800℃，时间2～15h，煅烧气氛为空气、氧气、氩气、氮气中一种，获得单晶镍钴锰三元正极材料。
[0016]在本专利技术一较佳实施例中，(1)将过量的LiOH及Li2SO4以0.01～0.75:1的摩尔比混合，升高温度至420～1000℃使其熔融为液态，得到混合熔盐LiOH
‑
Li2SO4；
[0017](2)在所得混合熔盐LiOH
‑
Li2SO4中加入前驱体，所述混合熔盐LiOH
‑
Li2SO4与前驱体质量比为1～100：1，随后在含氧气氛中烧结，得到粒径为0.5～10μm的固体材料；所述前驱体的化学式为Ni
x
Co
y
Mn
z
(OH)2，其中x≥0.6，x+y+z＝1；
[0018](3)在混合熔盐仍为液态状态下，使用3000～12500目的筛网将所述固体材料从混合熔盐中分离，进入步骤(4)；将剩余混合熔盐回收，进入步骤(5)；
[0019](4)将分离出的固体材料水洗除去材料表面残余盐；然后于烘箱中80～180℃下烘干12h～48h；最后将烘干后的固体材料复烧，复烧温度为300～800℃，时间2～15h，煅烧气氛为空气、氧气、氩气、氮气中一种，获得单晶镍钴锰三元正极材料，化学式为LiNi
x
Co
y
Mn
z
O2，其中x≥0.5，x+y+z＝1；
[0020](5)将回收的混合熔盐回到步骤(2)中循环利用，每烧结一次，补充12～18wt％的LiOH及2～8wt％的Li2SO4。
[0021]本专利技术还提供了上述方法采用的一种单晶三元正极材料的连续制备装置，包括锂源破碎机、助熔盐破碎机、加热反应器、筛网、混合熔盐回收通道和粉碎器；
[0022]所述锂源破碎机、助熔盐破碎机与加热反应器连接；所述加热反应器设有反应腔，以及与反应腔连通的原料进口和产物出口；所述筛网用于分离反应后的混合熔盐和产物；所述混合熔盐回收通道的两端与反应腔连通，用于将筛网分离的混合熔盐回收至反应腔内再次参与反应；所述粉碎器与产物出口连接。
[0023]在本专利技术一较佳实施例中，所述加热反应器还设有前驱体进口、气体进口和气体出口。
[0024]本专利技术还提供了上述连续制备方法制备得到的一种单晶三元正极材料，为具有层状结构的颗粒，粒径分布范围0.5～10μm；化学式为LiNi
x
Co
y
Mn
z
O2，其中x≥0.5，x+y+z＝1。
[0025]本专利技术还提供了上述的一种单晶三元正极材料在二次电池中的应用。
[0026]本专利技术还提供了一种锂离子电池，包括正极材料、负极材料、隔膜和电解液，所述正极材料为上述的一种单晶三元正极材料。
[0027]本技术方案与
技术介绍
相比，它具有如下优点：
[0028]1.本专利技术方法工艺简单，易于大规模生产利用，能够连续的、重复利用熔盐，回收率可达50％～90％，降低实际生产成本；
[0029]2.本专利技术获得的单晶正极材料具有有序层状结构，阳离子混排程度低，单晶形貌明显，颗粒大小均匀；
[0030]3.本专利技术获得的单晶三元正极材料具有较高的比容量及优良的循环性能，在充放电过程中不易发生晶界断裂，颗粒内部缝隙少，发生副反应程度降低本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种单晶三元正极材料的连续制备方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)将过量的锂源及助熔盐混合，升高温度使其熔融为液态，得到混合熔盐；(2)在所得混合熔盐中加入前驱体，在含氧气氛中烧结，得到粒径为0.5～10μm的固体材料；所述前驱体的化学式为Ni
x
Co
y
Mn
z
(OH)2，其中x≥0.6，x+y+z＝1；(3)在混合熔盐仍为液态状态下，使用筛网将所述固体材料从混合熔盐中分离，进入步骤(4)；将剩余混合熔盐回收，进入步骤(5)；(4)将分离出的固体材料水洗、烘干、复烧，获得单晶镍钴锰三元正极材料，化学式为LiNi
x
Co
y
Mn
z
O2，其中x≥0.5，x+y+z＝1；(5)将回收的混合熔盐回到步骤(2)中循环利用，随着烧结次数的增加补充锂源及助熔盐。2.根据权利要求1所述的一种单晶三元正极材料的连续制备方法，其特征在于：所述锂源为氢氧化锂、碳酸锂、硝酸锂、醋酸锂、氯化锂中的至少一种。3.根据权利要求1所述的一种单晶三元正极材料的连续制备方法，其特征在于：所述助熔盐为硫酸锂、氯化锂、硝酸锂、醋酸锂、氢氧化锂、氯化钠、硫酸钠、硝酸钠、醋酸钠、氯化钾、氢氧化钾、醋酸锰、醋酸钴或醋酸镍。4.根据权利要求1所述的一种单晶三元正极材料的连续制备方法，其特征在于：所述前驱体为球形颗粒，粒径1～15μm。5.根据权利要求1所述的一种单晶三元正极材料的连续制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，烧结温度为400～1000℃，烧结时间为10～30h，烧结气氛为氧气或空气。6.根据权利要求1所述的一种单晶三元正极材料的连续制备方法，其特征在于：所述筛网的材质包括铂丝、铑丝、钛丝、合金、不锈钢、镉镍不锈钢、铁铬铝丝或蒙尔乃丝。7.根据权利要求1所述的一种单晶三元正极材料的连续制备方法，其特征在于：(4)将分离出的固体材料水洗除去材料表面残余盐；然后于烘箱中80～180℃下烘干12h～48h；最后将烘干后的固体材料复烧，复烧温度为300～800℃，时间2～15h，煅烧气氛为空气、氧气、氩气、氮气中一种，获得单晶镍钴锰三元正极材料。8.一种单晶三元正极材料的连续制备方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)将过量的LiOH及Li2SO4以0.01～0.75:1的摩尔比混合，升高温度至420～1000℃使其熔融为液态，得到混合熔盐LiOH
‑
Li2SO4；(2...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵金保，杨慧雅，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：
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