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一種用于鋰離子電池粉體材料深度干燥的微孔容器和深度干燥方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510452570.9

申請日:

2015.07.28

公開號:

CN105021024A

公開日:

2015.11.04

當前法律狀態:

實審

有效性:

審中

法律詳情: 實質審查的生效IPC(主分類):F26B 25/06申請日:20150728|||公開
IPC分類號: F26B25/06; F26B7/00 主分類號: F26B25/06
申請人: 深圳市貝特瑞新能源材料股份有限公司
發明人: 吳小珍; 楊順毅; 岳敏
地址: 518106廣東省深圳市光明新區公明辦事處西田社區高新技術工業園第8棟
優先權:
專利代理機構: 北京品源專利代理有限公司11332 代理人: 鞏克棟; 侯桂麗
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510452570.9

授權公告號:

|||

法律狀態公告日:

2015.12.23|||2015.11.04

法律狀態類型:

實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及一種用于鋰離子電池粉體材料深度干燥的微孔容器和深度干燥方法。本發明所述微孔容器的微孔孔徑≤鋰離子電池粉體材料的平均粒徑,并耐300℃及以下的干燥溫度,確保了在<100Pa的高真空度下基本不漏料,收料率接近100%;所述深度干燥方法是將粉體材料封裝在微孔容器內,置于真空干燥設備里,通入循環熱導干燥氣體使物料升溫并保溫預熱,再抽真空至預設的超高真空度,干燥,通入循環冷導干燥氣體降溫,再將之轉移至與干燥設備串聯的低露點值環境內,取出物料并封口儲存。本發明所述深度干燥方法可獲得常規干燥條件下難以達到的極低水分含量的鋰離子電池電極材料,具有重要的應用價值。

權利要求書

權利要求書
1.  一種用于鋰離子電池粉體材料深度干燥的微孔容器,其特征在于,所述微孔容器的微孔孔徑≤鋰離子電池粉體材料的平均粒徑;所述微孔容器的耐熱溫度為80-300℃。

2.  根據權利要求1所述的微孔容器,其特征在于,所述鋰離子電池粉體材料為正極活性材料、負極活性材料或添加劑中的任意一種或至少兩種的組合,優選為LiNi0.8Co0.15Al0.05O2、LiFePO4/C或多孔碳中的任意一種或至少兩種的組合,進一步優選為LiNi0.8Co0.15Al0.05O2;
優選地,所述微孔容器的微孔孔徑為0.5μm-30μm,優選為1-10μm,進一步優選為6μm。

3.  根據權利要求1或2所述的微孔容器,其特征在于,所述微孔容器的耐熱溫度為80-150℃,優選為100-110℃,進一步優選為110℃。

4.  根據權利要求1-3任一項所述的微孔容器,其特征在于,所述微孔容器至少部分為由無機材料和/或高分子材料所制成的微孔膜或微孔板;
優選地,所述無機材料為分子篩、陶瓷或玻璃中的任意一種或至少兩種的組合,優選為陶瓷和/或玻璃,進一步優選為陶瓷;
優選地,所述高分子材料為聚酰胺、聚酰亞胺、聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚醚砜、聚苯硫醚、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇縮甲醛、聚對苯二甲酰對苯二胺、聚氨基甲酸酯或纖維素中的任意一種或至少兩種的組合,優選為聚四氟乙烯、聚丙烯或聚酰亞胺中的任意一種或至少兩種的組合,進一步優選為聚四氟乙烯。

5.  一種深度干燥鋰離子電池粉體材料的方法,其特征在于,包括以下步驟:
(1)將鋰離子電池粉體材料封裝在如權利要求1-4任一項所述微孔容器內 并進行密封;
(2)將所述微孔容器放入真空干燥設備內,通入循環熱導干燥氣體,升溫,保溫并預熱;
(3)將所述真空干燥設備抽真空至<100Pa,干燥;
(4)通入循環冷導干燥氣體,降溫;
(5)將所述鋰離子電池粉體材料轉移至與所述真空干燥設備串聯的低露點值環境,取出所述鋰離子電池粉體材料并封口儲存。

6.  根據權利要求5所述的方法,其特征在于,步驟(2)中,所述真空干燥設備為真空干燥箱、真空干燥釜或真空干燥爐中的任意一種或至少兩種的組合,優選為真空干燥箱和/或真空干燥爐,進一步優選為真空干燥箱;
優選地,所述循環熱導干燥氣體為經干燥的空氣、氮氣、氬氣、氧氣或二氧化碳中的任意一種或至少兩種的組合,優選為經干燥的空氣和/或氮氣,進一步優選為經干燥的空氣;
優選地,所述循環熱導干燥氣體的溫度為45-290℃,優選為105-120℃,進一步優選為120℃;
優選地,所述保溫的加熱方式為傳導加熱、對流加熱、輻射加熱或介電加熱中的任意一種或至少兩種的組合;
優選地,所述預熱的溫度為50-285℃,優選為120-180℃,進一步優選為180℃;
優選地,所述預熱的時間為0.5-5h,優選為1-2h,進一步優選為1h。

7.  根據權利要求5或6所述的方法,其特征在于,步驟(3)中,所述抽真空至50-100Pa,優選為50-80Pa,進一步優選為80Pa;
優選地,所述干燥溫度為50-290℃,優選為120-180℃,進一步優選為 180℃;
優選地,所述干燥時間為≤24h,優選為0.5-10h,進一步優選為10h。

8.  根據權利要求5-7任一項所述的方法,其特征在于,步驟(4)中,所述循環冷導干燥氣體為經干燥的空氣、氮氣、氬氣、氧氣或二氧化碳中的任意一種或至少兩種的組合,優選為經干燥的空氣和/或氮氣,進一步優選為經干燥的空氣;
優選地,所述循環冷導干燥氣體的溫度≤常溫。

9.  根據權利要求5-8任一項所述的方法,其特征在于,步驟(5)中,所述轉移為手工或機械助力轉移;
優選地,所述低露點值環境為手套箱或干燥房;
優選地,所述低露點值環境的低露點值為≤-40℃,優選為-40℃。

10.  根據權利要求5-9任一項所述的方法,其特征在于,包括以下步驟:
(1)將鋰離子電池粉體材料封裝在如權利要求1-4任一項所述微孔容器內并進行密封;
(2)將所述微孔容器放入真空干燥箱內,通入經干燥的空氣或氮氣,使所述鋰離子電池粉體材料升溫至100-110℃停止通氣,保溫并預熱至50-285℃;
(3)將所述真空干燥箱抽真空至50-100Pa,50-290℃下干燥0.5-10h;
(4)通入經干燥的空氣或氮氣,使所述鋰離子電池粉體材料降溫;
(5)將所述鋰離子電池粉體材料轉移至與所述真空干燥箱串聯的低露點值為-40℃的干燥房內,取出所述鋰離子電池粉體材料并用鋁塑膜袋封口儲存。

說明書

說明書一種用于鋰離子電池粉體材料深度干燥的微孔容器和深度干燥方法
技術領域
本發明涉及粉體材料加工領域,具體涉及一種用于粉體材料深度干燥的容器和方法,尤其涉及一種用于鋰離子電池粉體材料深度干燥的微孔容器和深度干燥方法。
背景技術
隨著新能源汽車對鋰離子動力電池的電化學性能和安全性能的要求越來越高,對有機電解質體系鋰離子電池的構成材料及電池制作過程的水分控制要求也越來越苛刻。由于電池中存在的水分在電池充放電過程中會與電解質組分發生系列化學反應:1)H2O得電子分解產生OH-和H2;OH-與電解質中的Li+反應生成固態LiOH;LiOH進一步得電子并與Li+反應生成無電化學活性的Li2O和H2;2)電解質鹽LiPF6在H2O存在的情況下分解并反應生成HF、LiF和PF3O;HF與電解液中的碳酸酯溶劑反應生成H2O和CO2;反應生成的H2O將進一步引起電解質鋰鹽分解,形成惡性循環。
上述化學反應將導致鋰離子電池隨著充放電循環的進行發生極片膨脹、脹氣現象以及電解液不斷消耗進而電化學性能劣化等問題。因此對鋰離子電池制作過程(包括極片制作和電芯制作)的水分控制一直是電池廠商的關注重點。近期因高鎳多元鋰離子電池正極材料以及新型多孔碳負極材料或添加劑等鋰離子電池原材料在制備及儲存過程中極易吸水,或導致材料性能變化從而在制備電極片時勻漿困難,或導致極片烘烤時水分難以控制等系列問題,引發了鋰離子電池材料廠商和電池廠商對于鋰離子電池粉體材料進行深度干燥的思考和重視,即粉體材料中的水分含量越低越好。深度干燥的參考標準為被干燥后粉體 材料中的水分含量≤100ppm。
干燥是用熱能使一定濕度的物料中的濕分化為氣體,再用抽吸或氣流將蒸氣移走而達到去濕目的的操作。傳統鋰離子電池粉體材料常用的干燥方法有爐箱體常壓干燥和混合釜真空干燥。爐箱體常壓干燥通常是將粉體物料放置在爐腔或箱體內,通過電熱絲加熱蒸出水分,以及持續通入常溫氣體來帶走水分的方法。該方法的缺點為干燥程度有限且不均勻,耗氣量大,降溫耗時長。而混合釜真空干燥具體是指將待干燥的粉體放入一個帶夾套的混合釜內,持續抽真空同時夾套內通入一定溫度的導熱油進行粉體干燥的方式;雖然該方法不耗氣,并隨著釜體的緩慢轉動,干燥相對均勻,但缺點有:(1)物料在持續抽真空的過程中存在1-4%的粉體被抽走從而導致物料損失;(2)熱油的冷卻周期長;盡管中國專利CN104634092A所公開的冷熱油路并聯的混合釜在鋰電粉體材料冷卻時在一定程度上縮短了混合釜的降溫時間,但由于冷熱油的切換略顯復雜,因而導致整個干燥過程耗時仍較長;(3)真空度一般僅有4000-10000Pa,導致干燥后的粉體材料內部所吸附的水分依舊無法逸出;(4)干燥物料的轉移取料無保護措施,使得一些易吸濕材料在轉移封裝過程中又再次吸水。
因此,設計一種易于實現工業化生產并且能夠有效進行深度干燥的方法及裝置,來保證高收料率的同時大幅度降低鋰離子電池粉體材料中的水分含量,其對于實現更高品質鋰離子電池特別是安全性能好的車用動力電池的廣泛應用意義重大。
發明內容
針對現有技術的不足,本發明的目的之一在于提供一種用于鋰離子電池粉體材料深度干燥的微孔容器。本發明提供的微孔容器可以避免物料在抽真空至高真空度或者充氣升溫以及冷卻狀態下物料的泄露和干燥過程中金屬雜質異物 的引入,并可獲得極低水分含量和極低干燥損失率的鋰離子電池粉體材料。
為達上述目的,本發明采用如下技術方案:
一種用于鋰離子電池粉體材料深度干燥的微孔容器,所述微孔容器的微孔孔徑≤鋰離子電池粉體材料的平均粒徑;所述微孔容器的耐熱溫度為80-300℃。
本發明中,所述深度干燥的定義為:被干燥后的鋰離子電池粉體材料中的水分含量≤100ppm。
本發明中所述鋰離子電池粉體材料為正極活性材料、負極活性材料或添加劑中的任意一種或至少兩種的組合,也可以是其它需要深度干燥的用于鋰離子電池的粉體材料,在此不作特殊限定。
本發明中所述鋰離子電池粉體材料例如可以是LiNi0.8Co0.15Al0.05O2、LiFePO4/C或多孔碳中的任意一種或至少兩種的組合,進一步優選為LiNi0.8Co0.15Al0.05O2。
本發明所述的微孔容器,可以根據所干燥的粉體顆粒的平均粒徑來選擇一定的微孔孔徑,例如所述微孔孔徑為0.5μm-30μm,具體可以是0.5μm、1μm、1.5μm、2μm、3μm、3.5μm、4μm、5μm、6μm、6.5μm、8μm、9μm、10.5μm、11μm、13μm、15μm、17μm、19μm、22μm、23μm、25μm、27μm、30μm,優選為1-10μm,進一步優選為6μm。
本發明中所述微孔的大小是相對于物料的粒徑來進行選擇的,微孔孔徑小于粉體材料的平均粒徑是確保物料在抽真空時低損失率的必要條件;當容器的粒徑太小時,透氣率會變差,這種情況下,要想達到相同的干燥度,水蒸汽被抽出所需的真空度要求就越高。本發明對于微孔大小的選擇標準是針對所干燥的物料能夠確保不漏料的最大孔徑。
本發明中所述微孔容器的耐熱溫度為80-300℃,例如可以是80℃、100℃、105℃、110℃、118℃、125℃、130℃、150℃、170℃、180℃、220℃、250℃、260℃、280℃、290℃、300℃,優選為100-110℃,進一步優選為110℃。
本發明中所述微孔容器的耐熱溫度不僅能夠保證干燥效率,同時該溫度大小比較適中,實現了節能。
本發明中所述微孔容器至少部分為由無機材料和/或高分子材料所制成的微孔膜或微孔板;對于所述微孔容器的其它組成部分可以選擇耐高溫且不引入金屬雜質或異物材料的有孔或無孔制品,二者可以采用拼接、鑲嵌或夾層等多種形式進行組裝。
本發明中所述無機材料為分子篩、陶瓷或玻璃中的任意一種或至少兩種的組合,優選為陶瓷和/或玻璃,進一步優選為陶瓷。
本發明中所述高分子材料為聚酰胺、聚酰亞胺、聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚醚砜、聚苯硫醚、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇縮甲醛、聚對苯二甲酰對苯二胺、聚氨基甲酸酯或纖維素中的任意一種或至少兩種的組合,優選為聚四氟乙烯、聚丙烯或聚酰亞胺中的任意一種或至少兩種的組合,進一步優選為聚四氟乙烯。
對于微孔容器的形狀,可以選擇袋狀、瓶狀、管狀或罐中的任意一種形式,例如結合其材質,可以將微孔容器設計為聚四氟乙烯微孔罐、聚丙烯復合微孔袋、以聚酰亞胺孔膜為內覆層的不銹鋼腔體等等。
本發明所述的微孔容器可以有效避免物料在抽真空至高真空度或者充氣升溫以及冷卻狀態下的物料泄露以及干燥過程中金屬雜質異物的引入,實現基本不漏料,收料率接近100%。
本發明的目的之二在于提供一種深度干燥鋰離子電池粉體材料的方法,包括以下步驟:
(1)將鋰離子電池粉體材料封裝在如第一方面所述微孔容器內并進行密封;
(2)將所述微孔容器放入真空干燥設備內,通入循環熱導干燥氣體,升溫,保溫并預熱;
(3)將所述真空干燥設備抽真空至<100Pa,干燥;
(4)通入循環冷導干燥氣體,降溫;
(5)將所述鋰離子電池粉體材料轉移至與所述真空干燥設備串聯的低露點值環境,取出所述鋰離子電池粉體材料并封口儲存。
本發明所述方法中還可以包括清理微孔容器并進行循環利用。
本發明的步驟(2)中,所述真空干燥設備為真空干燥箱、真空干燥釜或真空干燥爐等不同形式的連續或間歇式真空干燥設備,在此不作特殊限定,但優選的真空干燥設備為真空干燥箱和/或真空干燥爐,進一步優選為真空干燥箱。
本發明的步驟(2)中,所述循環熱導干燥氣體為經干燥的空氣、氮氣、氬氣、氧氣或二氧化碳中的任意一種或至少兩種的組合,優選為經干燥的空氣和/或氮氣,進一步優選為經干燥的空氣。
本發明中,所述循環熱導干燥氣體的溫度為45-290℃,例如可以是45℃、50℃、60℃、70℃、80℃、100℃、105℃、110℃、120℃、140℃、150℃、180℃、200℃、210℃、230℃、240℃、250℃、280℃、290℃,優選為105-120℃,進一步優選為120℃。其中,循環熱導干燥氣體的溫度可以為預熱溫度±5℃范圍內。
本發明通過通入循環熱導干燥氣體,可以有效實現物料的快速升溫,并且使干燥和加熱的程度更加均勻。
本發明所述保溫的加熱方式為傳導加熱、對流加熱、輻射加熱或介電加熱中的任意一種或至少兩種的組合;在此不作特殊限定。
本發明所述預熱的溫度為50-285℃,例如可以是50℃、60℃、70℃、80℃、100℃、105℃、110℃、120℃、140℃、150℃、180℃、200℃、210℃、230℃、240℃、250℃、280℃、285℃,優選為120-180℃,進一步優選為180℃。
本發明所述預熱的時間為0.5-5h,例如可以是0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h、4h、4.5h、5h,優選為1-2h,進一步優選為1h。
本發明步驟(3)中,所述抽真空至50-100Pa,例如可以是50Pa、55Pa、60Pa、70Pa、80Pa、85Pa、90Pa、95Pa、100Pa,優選為50-80Pa,進一步優選為80Pa。
本發明所采用的超高真空度可以使得物料內部的水分也能有效逸出,進一步降低了粉體材料中的水分含量。
優選地,所述干燥溫度為50-290℃,例如可以是50℃、60℃、70℃、80℃、100℃、105℃、110℃、120℃、140℃、150℃、180℃、200℃、210℃、230℃、240℃、250℃、280℃、285℃、290℃,優選為120-180℃,進一步優選為180℃。
優選地,所述干燥時間為≤24h,例如可以是0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h、4h、4.5h、5h、5.5h、6h、6.5h、7h、7.5h、8h、8.5h、9h、10h、11h、12h、13h、14h、16h、18h、20h、22h、24h,優選為0.5-10h,進一步優選為10h。
本發明步驟(4)中,所述循環冷導干燥氣體為經干燥的空氣、氮氣、氬氣、氧氣或二氧化碳中的任意一種或至少兩種的組合,優選為經干燥的空氣和/或氮氣,進一步優選為經干燥的空氣。
本發明通過通入循環冷導干燥氣體,可以有效實現物料的快速降溫,并且使干燥和加熱的程度更加均勻;同時使得冷卻周期變短,耗時更少,工藝更簡單。
本發明中所述循環冷導干燥氣體的溫度≤常溫。
本發明步驟(5)中,所述轉移為手工或機械助力轉移;所述低露點值環境為手套箱或干燥房以及其它通入干燥空氣以控制水分至一定限值的環境。
本發明中所述低露點值環境的低露點值為≤-40℃,優選為-40℃。
作為本發明優選的技術方案,所述深度干燥鋰離子電池粉體材料的方法,包括以下步驟:
(1)將鋰離子電池粉體材料封裝在所述微孔容器內并進行密封;
(2)將所述微孔容器放入真空干燥箱內,通入經干燥的空氣或氮氣,使所述鋰離子電池粉體材料升溫至100-110℃停止通氣,保溫并預熱至50-285℃;
(3)將所述真空干燥箱抽真空至50-100Pa,50-290℃下干燥0.5-10h;
(4)通入經干燥的空氣或氮氣,使所述鋰離子電池粉體材料降溫;
(5)將所述鋰離子電池粉體材料轉移至與所述真空干燥箱串聯的低露點值為-40℃的干燥房內,取出所述鋰離子電池粉體材料并用鋁塑膜袋封口儲存。
作為本發明進一步優選的技術方案,所述深度干燥鋰離子電池粉體材料的方法可以包括以下步驟:
(1)將鋰離子電池粉體材料封裝在所述微孔容器內并進行密封;
(2)將所述微孔容器放入真空干燥箱內,通入經干燥的空氣,使所述鋰離 子電池粉體材料升溫至110℃停止通氣,保溫并預熱至180℃;
(3)將所述真空干燥箱抽真空至80Pa,180℃下干燥10h;
(4)通入經干燥的空氣,使所述鋰離子電池粉體材料降溫;
(5)將所述鋰離子電池粉體材料轉移至與所述真空干燥箱串聯的低露點值為-40℃的干燥房內,取出所述鋰離子電池粉體材料并用鋁塑膜袋封口儲存。
與現有技術相比,本發明至少具有以下有益效果:
(1)本發明中的微孔容器可以有效避免物料在抽真空至高真空度或者充氣升溫以及冷卻狀態下的物料泄漏和干燥過程中金屬雜質異物的引入。
(2)本發明中通入循環熱導或冷導氣體可實現粉體物料有效、快速且均勻地的升溫與冷卻,縮短周期并簡化了工藝。
(3)本發明中所采用的超高真空度可使得物料內部水分也能有效逸出;串聯的低露點環境下的取料封存可避免粉體物料的再次吸水。
(4)本發明所采用的干燥方法操作簡便,收料率高達99.97%,干燥效果好,使得鋰離子電池粉體材料中的水分含量可低至63.5ppm,其系統的一體化程度高,便于工業化應用。
具體實施方式
為便于理解本發明,本發明列舉下列實施例。本領域技術人員應該明了,所述實施例僅僅用于幫助理解本發明,不應視為對本發明的具體限制。
實施例1
將25kg中位徑為11μm的LiNi0.8Co0.15Al0.05O2粉體材料,封裝于聚四氟乙烯微孔罐內,微孔罐的平均微孔大小為6μm,將罐子置于真空干燥箱內,持續通入預熱至120℃的脫碳干燥空氣至物料溫度達到110℃停止通氣,再啟動加熱棒,維持110℃保溫1h后再逐漸升溫至180℃保溫,持續抽真空至真空度穩定 在80Pa,干燥10h后關閉加熱,持續通入常溫脫碳干燥空氣來冷卻物料,干燥箱降至常壓后,將物料轉移至與干燥箱串聯的露點值在-40℃的干燥房內,取出物料用鋁塑膜袋封裝,得到相應的正極材料。
實施例2
將10kg中位徑為3μm的LiFePO4/C粉體材料以5kg/袋分裝于20×30cm的聚丙烯復合微孔袋內,微孔袋的平均微孔大小為1μm,將袋子置于微波真空干燥爐內,通入預熱至105℃的干燥N2至物料溫度達100℃后停止通氣,用功率2kW、頻率2450Hz的微波加熱粉體物料,同時持續抽真空至真空度穩定在50Pa,干燥30min后關閉加熱裝置,持續通入常溫干燥N2來冷卻物料,干燥爐降至常壓后將物料轉移至與干燥爐串聯的充滿干燥N2且露點值在-50℃的簡易有機玻璃手套箱內,打開袋子取出物料用鋁塑膜袋封裝,得到相應低水分含量的粉體材料。
實施例3
將5kg中位徑為20μm,比表面積為700m2/g的多孔碳添加劑置于以聚酰亞胺微孔膜為內覆層的大孔不銹鋼腔體內,微孔膜的平均微孔大小為10μm,將該腔體放入真空干燥釜內,通入預熱至118℃的干燥N2至物料溫度達110℃后停止通氣,夾套通熱油進行加熱保溫,持續抽真空至真空度穩定在50Pa,干燥8h后關閉加熱裝置,持續通入常溫干燥空氣來冷卻物料,干燥釜降至常壓后將物料轉移至與之串聯的充滿空氣且水含量在1ppm以下的手套箱內,打開袋子取出物料用鋁塑膜袋封裝,得到相應的粉體材料。
實施例4
將2kg中位徑為5μm,比表面積為2100m2/g的多孔碳材料置于以氧化鋁-氧化硅復合微孔陶瓷板為容器壁的圓柱型容器內,微孔板的平均微孔大小為 0.8μm,將該容器置于真空干燥爐內,通入預熱至290℃的干燥N2至物料溫度達285℃后停止通氣,電熱絲加熱進行保溫,持續抽真空至真空度穩定在30Pa,干燥2h后關閉加熱裝置,持續通入常溫干燥空氣來冷卻物料,干燥爐降至常壓后將物料轉移至與之串聯的充滿氮氣且露點為-60℃的物料轉移車內,打開容器取出物料用鋁塑膜袋封裝,得到相應的粉體材料。
以下是根據實施例1,采用將其中的真空度進行替換,抽真空度至不同的程度而得到的實施例。
實施例5
將25kg中位徑為11μm的LiNi0.8Co0.15Al0.05O2粉體材料,封裝于聚四氟乙烯微孔罐內,微孔罐的平均微孔大小為6μm,將罐子置于真空干燥箱內,持續通入預熱至120℃的脫碳干燥空氣至物料溫度達到110℃停止通氣,再啟動加熱棒,維持110℃保溫1h后再逐漸升溫至180℃保溫,持續抽真空至真空度穩定在100Pa,干燥10h后關閉加熱,持續通入常溫脫碳干燥空氣來冷卻物料,干燥箱降至常壓后,將物料轉移至與干燥箱串聯的露點值在-40℃的干燥房內,取出物料用鋁塑膜袋封裝,得到相應的正極材料。
實施例6
將25kg中位徑為11μm的LiNi0.8Co0.15Al0.05O2粉體材料,封裝于聚四氟乙烯微孔罐內,微孔罐的平均微孔大小為6μm,將罐子置于真空干燥箱內,持續通入預熱至120℃的脫碳干燥空氣至物料溫度達到110℃停止通氣,再啟動加熱棒,維持110℃保溫1h后再逐漸升溫至180℃保溫,持續抽真空至真空度穩定在90Pa,干燥10h后關閉加熱,持續通入常溫脫碳干燥空氣來冷卻物料,干燥箱降至常壓后,將物料轉移至與干燥箱串聯的露點值在-40℃的干燥房內,取出物料用鋁塑膜袋封裝,得到相應的正極材料。
實施例7
將25kg中位徑為11μm的LiNi0.8Co0.15Al0.05O2粉體材料,封裝于聚四氟乙烯微孔罐內,微孔罐的平均微孔大小為6μm,將罐子置于真空干燥箱內,持續通入預熱至120℃的脫碳干燥空氣至物料溫度達到110℃停止通氣,再啟動加熱棒,維持110℃保溫1h后再逐漸升溫至180℃保溫,持續抽真空至真空度穩定在75Pa,干燥10h后關閉加熱,持續通入常溫脫碳干燥空氣來冷卻物料,干燥箱降至常壓后,將物料轉移至與干燥箱串聯的露點值在-40℃的干燥房內,取出物料用鋁塑膜袋封裝,得到相應的正極材料。
實施例8
將25kg中位徑為11μm的LiNi0.8Co0.15Al0.05O2粉體材料,封裝于聚四氟乙烯微孔罐內,微孔罐的平均微孔大小為6μm,將罐子置于真空干燥箱內,持續通入預熱至120℃的脫碳干燥空氣至物料溫度達到110℃停止通氣,再啟動加熱棒,維持110℃保溫1h后再逐漸升溫至180℃保溫,持續抽真空至真空度穩定在60Pa,干燥10h后關閉加熱,持續通入常溫脫碳干燥空氣來冷卻物料,干燥箱降至常壓后,將物料轉移至與干燥箱串聯的露點值在-40℃的干燥房內,取出物料用鋁塑膜袋封裝,得到相應的正極材料。
實施例9
將25kg中位徑為11μm的LiNi0.8Co0.15Al0.05O2粉體材料,封裝于聚四氟乙烯微孔罐內,微孔罐的平均微孔大小為6μm,將罐子置于真空干燥箱內,持續通入預熱至120℃的脫碳干燥空氣至物料溫度達到110℃停止通氣,再啟動加熱棒,維持110℃保溫1h后再逐漸升溫至180℃保溫,持續抽真空至真空度穩定在50Pa,干燥10h后關閉加熱,持續通入常溫脫碳干燥空氣來冷卻物料,干燥箱降至常壓后,將物料轉移至與干燥箱串聯的露點值在-40℃的干燥房內,取出 物料用鋁塑膜袋封裝,得到相應的正極材料。
實施例10
將25kg中位徑為11μm的LiNi0.8Co0.15Al0.05O2粉體材料,封裝于聚四氟乙烯微孔罐內,微孔罐的平均微孔大小為6μm,將罐子置于真空干燥箱內,持續通入預熱至120℃的脫碳干燥空氣至物料溫度達到110℃停止通氣,再啟動加熱棒,維持110℃保溫1h后再逐漸升溫至180℃保溫,持續抽真空至真空度穩定在40Pa,干燥10h后關閉加熱,持續通入常溫脫碳干燥空氣來冷卻物料,干燥箱降至常壓后,將物料轉移至與干燥箱串聯的露點值在-40℃的干燥房內,取出物料用鋁塑膜袋封裝,得到相應的正極材料。
實施例11
將25kg中位徑為11μm的LiNi0.8Co0.15Al0.05O2粉體材料,封裝于聚四氟乙烯微孔罐內,微孔罐的平均微孔大小為6μm,將罐子置于真空干燥箱內,持續通入預熱至120℃的脫碳干燥空氣至物料溫度達到110℃停止通氣,再啟動加熱棒,維持110℃保溫1h后再逐漸升溫至180℃保溫,持續抽真空至真空度穩定在32Pa,干燥10h后關閉加熱,持續通入常溫脫碳干燥空氣來冷卻物料,干燥箱降至常壓后,將物料轉移至與干燥箱串聯的露點值在-40℃的干燥房內,取出物料用鋁塑膜袋封裝,得到相應的正極材料。
實施例12
將25kg中位徑為11μm的LiNi0.8Co0.15Al0.05O2粉體材料,封裝于聚四氟乙烯微孔罐內,微孔罐的平均微孔大小為6μm,將罐子置于真空干燥箱內,持續通入預熱至120℃的脫碳干燥空氣至物料溫度達到110℃停止通氣,再啟動加熱棒,維持110℃保溫1h后再逐漸升溫至180℃保溫,持續抽真空至真空度穩定在20Pa,干燥10h后關閉加熱,持續通入常溫脫碳干燥空氣來冷卻物料,干燥 箱降至常壓后,將物料轉移至與干燥箱串聯的露點值在-40℃的干燥房內,取出物料用鋁塑膜袋封裝,得到相應的正極材料。
實施例13
將25kg中位徑為11μm的LiNi0.8Co0.15Al0.05O2粉體材料,封裝于聚四氟乙烯微孔罐內,微孔罐的平均微孔大小為6μm,將罐子置于真空干燥箱內,持續通入預熱至120℃的脫碳干燥空氣至物料溫度達到110℃停止通氣,再啟動加熱棒,維持110℃保溫1h后再逐漸升溫至180℃保溫,持續抽真空至真空度穩定在10Pa,干燥10h后關閉加熱,持續通入常溫脫碳干燥空氣來冷卻物料,干燥箱降至常壓后,將物料轉移至與干燥箱串聯的露點值在-40℃的干燥房內,取出物料用鋁塑膜袋封裝,得到相應的正極材料。
根據中國專利CN104634092A公開的方法在100L不銹鋼材質的小型雙錐真空干燥機內對上述實施例所涉及的三種粉體材料進行真空干燥處理,形成對比例1-3;在箱式氣氛爐內持續通99.99%N2對前兩種粉體材料進行干燥處理,形成對比例4-5,在靜態空氣氣氛下對多孔碳材料進行干燥處理形成對比例6-7;未經處理的粉體材料構成對比例8-11:
對比例1
將25kg中位徑為11μm的LiNi0.8Co0.15Al0.05O2高鎳正極材料,放置于雙錐真空干燥機內,邊抽真空邊升溫至180℃真空干燥11h,再通入冷卻油對物料進行降溫,待降溫后打開出料口立即用鋁塑膜袋封裝物料。
對比例2
將10kg中位徑為3μm的LiFePO4/C粉體材料放置于雙錐真空干燥機內,邊抽真空邊升溫至100℃真空干燥12h,再通入冷卻油對物料進行降溫,待降溫后打開處理口立即用鋁塑膜袋封裝物料。
對比例3
將5kg中位徑為20μm,比表面積為700m2/g的多孔碳添加劑放置于雙錐真空干燥機內,邊抽真空邊升溫至110℃真空干燥2h,再通入冷卻油對物料進行降溫,待降溫后打開處理口立即用鋁塑膜袋封裝物料。
對比例4
將25kg中位徑為11μm的LiNi0.8Co0.15Al0.05O2高鎳正極材料以5kg/缽置于莫來石材質匣缽內,再置于箱式氣氛爐中升溫至180℃,持續通N2保溫11h后緩慢降溫,打開爐門立即用鋁塑膜袋封裝物料。
對比例5
將10kg中位徑為3μm的LiFePO4/C粉體材料以3kg/缽置于莫來石材質匣缽內,再置于箱式氣氛爐中升溫至100℃持續通N2保溫12h后緩慢降溫,打開爐門立即用鋁塑膜袋封裝物料。
對比例6
將5kg中位徑為20μm,比表面積為700m2/g的多孔碳添加劑以500g/缽置于莫來石材質匣缽內,再置于箱式氣氛爐中升溫至110℃持續通N2保溫8h后緩慢降溫,打開爐門立即用鋁塑膜袋封裝物料。
對比例7
將2kg中位徑為5μm,比表面積為2100m2/g的多孔碳材料以300g/缽置于莫來石材質匣缽內,再置于箱式氣氛爐中升溫至285℃持續通N2保溫2h后緩慢降溫,打開爐門立即用鋁塑膜袋封裝物料。
對比例8
未經干燥處理的中位徑為11μm的LiNi0.8Co0.15Al0.05O2高鎳正極材料。
對比例9
未經干燥處理的中位徑為3μm的LiFePO4/C粉體材料。
對比例10
未干燥處理的中位徑為20μm,比表面積為700m2/g的多孔碳添加劑粉體材料。
對比例11
未干燥處理的中位徑為5μm,比表面積為2100m2/g的多孔碳粉體材料。
對上述實施例和對比例1-11粉體材料的關鍵指標水分和磁性物質(Fe、Cr、Ni、Zn)進行測試:
水分測試:在水含量<1ppm的箱體內,稱取0.5g粉體材料置于水分測試樣品瓶內并用干燥Al箔封口,類似地將背景空白瓶封口,取出兩瓶子在卡爾費休水分滴定儀上200℃測試得材料的水分含量。
磁性物質測試:稱取300g粉體物料于PP瓶內,加無水乙醇分散,同時加入6000GS的磁棒,在滾動混合機上混合20min后取出磁棒,用去離子水洗滌5次,再將磁棒上的磁性物質用酸消解,并稀釋合適倍數后于ICP-AES上進行檢測。
收料率計算:實際出料質量/理論出料質量×100%。
實施例1-13及對比例1-11所涉及的粉體材料關鍵指標如表1所示。
表1


由表1中數據可以看出,與對比例1-11相比,本發明實施例1-13所得到的鋰離子電池粉體材料的水分含量明顯要低于對比例1-11,磁性物質含量和收料率明顯要高對比例1-11。由此可以說明,采用本發明的微孔容器可以有效避免物料在抽真空至高真空度或者充氣升溫以及冷卻狀態下的物料泄漏和干燥過程中金屬雜質異物的引入,提高了粉體材料干燥過程中的收料率。
由此可以看出,本發明中的微孔容器可以有效避免物料在抽真空至高真空度或者充氣升溫以及冷卻狀態下的物料泄漏和干燥過程中金屬雜質異物的引入;通入循環熱導或冷導氣體可實現粉體物料有效、快速且均勻地的升溫與冷卻,縮短周期并簡化了工藝;超高真空度可使得物料內部水分也能有效逸出;串聯的低露點環境下的取料封存可避免粉體物料的再次吸水;收料率高達99.97%,使得鋰離子電池粉體材料中的水分含量可低至63.5ppm,其系統的一體化程度高,便于工業化應用,從而改善了鋰離子電池的綜合性能。
申請人聲明,本發明通過上述實施例來說明本發明的詳細工藝設備和工藝流程,但本發明并不局限于上述詳細工藝設備和工藝流程,即不意味著本發明必須依賴上述詳細工藝設備和工藝流程才能實施。所屬技術領域的技術人員應該明了,對本發明的任何改進,對本發明產品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等,均落在本發明的保護范圍和公開范圍之內。

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一種 用于 鋰離子電池 材料 深度 干燥 微孔 容器 方法
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