[发明专利]间歇法制备固体材料过程中固含量的计算方法及其应用

说明书

本发明涉及电池材料制备技术领域，具体而言，涉及间歇法制备固体材料过程中固含量的计算方法及其应用。所述固含量包括固含量的计算值M或固含量的修正值R；所述计算值M的计算方法包括：M＝C[(n‑1)T₀+T]；其中，所述修正值R＝A×M，其中A为修正系数，A＝0.883～1.002。所述的计算方法具有计算简便，所需时间短，误差小，具有良好的时效性等优点；并且，计算值M或修正值R可为反应过程中pH、氨水浓度以及粒度增加趋势提供在线对比，有利于提高材料的性能。

技术领域

本发明涉及电池材料制备技术领域，具体而言，涉及间歇法制备固体材料过程中固含量的计算方法及其应用。

背景技术

锂离子电池因具有工作电压高、能量密度高、循环寿命长等优势被广泛应用，目前应用成熟的种类包括：钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和镍钴锰酸锂等。三元正极材料的比容量及能量密度均高于磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂等正极产品，而动力电池能量密度提升是大势所趋，三元正极材料优势明显。三元正极材料是由具有特定摩尔比例的三元前驱体与锂源混合烧结而成，前驱体的理化性质对正极材料的性能影响较大。目前合成三元前驱体的反应包括共沉淀法、喷雾合成法和水热法等，其中，共沉淀法是目前工业生产中常用的方法。

共沉淀反应制备前驱体过程中的影响因素包括：体系温度、pH、NH₄+浓度、搅拌转速和固含量等。其中，反应温度和体系pH可采用在线测量仪进行实时监测；NH₄⁺浓度在氨水流量和工艺方案不变的情况下比较稳定；搅拌转速可用转速仪随时监测。固含量是指前驱体浆料中固体质量和液体质量的比值，作为影响前驱体理化性质的重要因素，固含量会影响前驱体颗粒的粒度和振实密度，当振实密度较低时会影响到电池容量。

三元前驱体的结晶生长方式和颗粒粒度分布情况分为连续法、间歇法和半连续半间歇法。其中，连续法是指进料和产品产出同时进行的方法，这种方法在反应趋于稳定时，固含量也趋于稳定。间歇法是指盐、碱和氨水溶液不断流至反应釜反应，直至颗粒的粒度达到设置要求后，通过静置沉降将母液分离出去，然后再开机进行反应的方法。在间歇法共沉淀反应制备三元前驱体的过程中，固含量会时刻变化。现有技术中固含量的测定方法需经过取样、抽滤和烘干等过程。但是，这样的测量方法耗费时间长，数据不具有时效性，会降低生产效率，影响工艺生产；同时，在抽滤过程中，滤纸上会粘连部分颗粒，容易导致计算时产生误差。此外，这种测量方法无法将全程的成核速率与其它参数进行对比；在生产大颗粒前驱体过程的后期，颗粒大小和振实密度受固含量的影响较大，如果控制不当，还会造成颗粒破裂，影响到产品质量。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种间歇法制备固体材料过程中固含量的计算方法，所述的计算方法具有计算简便，所需时间短，误差小，具有良好的时效性等优点；计算值M或修正值R，可为反应过程中pH、氨水浓度以及粒度增加趋势提供在线对比，有利于提高材料的性能。

本发明的第二目的在于提供一种所述的计算方法在间歇法共沉淀反应制备三元锂离子电池前驱体材料过程中调节反应进程中的应用，通过计算可以及时的得到固含量的计算值或修正值，有利于及时调整工艺参数；同时，通过计算值或修正值可以得到材料在生产过程中固含量的动态变化规律，进而控制反应的生产过程，得到形貌和性能更加优异的材料。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种间歇法制备固体材料过程中固含量的计算方法，所述固含量包括固含量的计算值M或固含量的修正值R；

所述计算值M的计算方法包括：M＝C[(n-1)T₀+T]；

其中，

M为固含量的计算值，单位为g/L；

c_盐为反应釜中盐溶液的摩尔浓度，单位mol/L；