1.本发明涉及三元
正极材料制造领域，特别是涉及一种自动化制备三元前驱体的方法及设备。
背景技术：
2.三元正极材料是由三元前驱体与锂源的烧结而制备的，正极材料的绝大理化参数是继承了三元前驱体，在锂电行业，例如正极材料的容量，循环性能、倍率性能等大都是由三元前驱体决定的，因此，提高三元前驱体制备的稳定性及自动化程度非常必要。
3.行业通用的三元前驱体制备方法采用共沉淀，另外有凝胶法等制备三元前驱体；常规共沉淀法采用立式夹套反应釜和桨叶组成，向反应釜内提前加入底液，通过反应釜夹套加热，将温度升至工艺温度范围，预先调制一定氨值及ph值，最后开启搅拌，同时按照一定比例连续加入盐碱氨流量，该制备方法若为连续式，过程监控需不断取样检测ph值及氨浓度；目前行业中比较稳定的设备及工艺也需要至少4h/次的频率人工取样检测来微调ph值及氨值。
4.然而随着市场上
动力电池的需求量不断增大，企业在制备三元前驱体的产量也不断扩增，自动化是实现产能最大化的有效途径。
技术实现要素：
5.本发明的目的在于：针对现有技术存在的现有三元前驱体制备采用的共沉淀法，需要至少4h/次的频率人工取样检测来微调ph值及氨值，该方法自动化程度低，不利于三元前驱体产能提升的问题，提供一种自动化制备三元前驱体的方法及设备。
6.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
7.一种自动化制备三元前驱体的方法，包括：
8.a、将ncm(nicomn，镍钴锰)盐溶液通过第一盐计量泵送入第一反应釜，同时，将氨水通过氨水计量泵送入第一反应釜，控制第一反应釜中溶液的ph值；
9.b、将第一反应釜中溶液通过第二盐计量泵送入第二反应釜，同时，将液碱通过液碱计量泵送入第二反应釜，控制第二反应釜中溶液的ph值。
10.采用本发明所述的一种自动化制备三元前驱体的方法，使ncm盐和氨先配位络合，过程中能够通过检测控制第一反应釜中溶液的ph值，反馈调节氨水流量，及调节氨值，然后将第一反应釜中溶液与液碱同时通入第二反应釜反应产生沉淀，过程中能够通过检测控制第二反应釜中溶液的ph值，反馈调节液碱流量，创新实现氨值和ph值分开自动检测控制；通过控制器设定第一反应釜中溶液的ph值和第二反应釜中溶液的ph值，从而能够精确控制体系的氨值和ph值，人工只需在系统监控、微调反应ph值，查看记录过程温度、搅拌转速、氮气流量等数据，无需取样检测ph值及氨值，提高了自动化程度，有利于三元前驱体产能提升，该方法步骤简单，操作方便，效果良好。
11.优选地，步骤a之前，配制ncm盐溶液，ncm比例为6：2：2。
12.优选地，步骤a之前，第一反应釜和第二反应釜加满底液，通入氮气置换釜内空气，第一反应釜和第二反应釜的夹套内均通入热流体提升第一反应釜和第二反应釜的温度，开启搅拌。
13.进一步优选地，热流体为热蒸汽或热纯水。
14.优选地，步骤a中，控制第一反应釜中溶液的ph值在10.2
±
0.5的范围。
15.进一步优选地，通过控制ncm盐溶液流量为固定值，调节氨水流量来控制第一反应釜中溶液的ph值，从而实现在线检测氨水浓度。
16.优选地，步骤b中，控制第二反应釜中溶液的ph值在11.80
±
0.5的范围。
17.进一步优选地，通过控制第一反应釜中溶液流量为固定值，调节液碱流量来控制第二反应釜中溶液的ph值。
18.优选地，系统稳定运行后，提高ncm盐溶液流量。
19.本发明还提供了一种自动化制备三元前驱体的设备，应用如以上任一项所述的一种自动化制备三元前驱体的方法，该设备包括：
20.控制器；
21.第一容器，装载ncm盐溶液；
22.第二容器，装载氨水；
23.第三容器，装载液碱；
24.第一反应釜，第一容器通过第一盐计量泵连通第一反应釜，第二容器通过氨水计量泵连通第一反应釜，第一反应釜中设有第一ph计，第一ph计电性连接控制器，控制器电性连接氨水计量泵；
25.第二反应釜，第一反应釜通过第二盐计量泵连通第二反应釜，第三容器通过液碱计量泵连通第二反应釜，第二反应釜中设有第二ph计，第二ph计电性连接控制器，控制器电性连接液碱计量泵。
26.采用本发明所述的一种自动化制备三元前驱体的设备，使ncm盐和氨先通入第一反应釜进行配位络合，过程中能够通过在线ph计检测控制第一反应釜中溶液的ph值，反馈调节氨水流量，及调节氨值，然后将第一反应釜中溶液与液碱同时通入第二反应釜反应产生沉淀，过程中能够通过在线ph计检测控制第二反应釜中溶液的ph值，反馈调节液碱流量，创新实现氨值和ph值分开自动检测控制；通过控制器设定第一反应釜中溶液的ph值和第二反应釜中溶液的ph值，从而能够精确控制体系的氨值和ph值，人工只需在系统监控、微调反应ph值，查看记录过程温度、搅拌转速、氮气流量等数据，无需取样检测ph值及氨值，提高了自动化程度，有利于三元前驱体产能提升，该设备结构简单，操作方便，效果良好。
27.优选地，第二反应釜连接陈化槽。
28.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
29.1、本发明所述的一种自动化制备三元前驱体的方法，使ncm盐和氨先配位络合，过程中能够通过检测控制第一反应釜中溶液的ph值，反馈调节氨水流量，及调节氨值，然后将第一反应釜中溶液与液碱同时通入第二反应釜反应产生沉淀，过程中能够通过检测控制第二反应釜中溶液的ph值，反馈调节液碱流量，创新实现氨值和ph值分开自动检测控制；通过控制器设定第一反应釜中溶液的ph值和第二反应釜中溶液的ph值，从而能够精确控制体系的氨值和ph值，人工只需在系统监控、微调反应ph值，查看记录过程温度、搅拌转速、氮气流
量等数据，无需取样检测ph值及氨值，提高了自动化程度，有利于三元前驱体产能提升，该方法步骤简单，操作方便，效果良好；
30.2、本发明所述的一种自动化制备三元前驱体的设备，使ncm盐和氨先通入第一反应釜进行配位络合，过程中能够通过在线ph计检测控制第一反应釜中溶液的ph值，反馈调节氨水流量，及调节氨值，然后将第一反应釜中溶液与液碱同时通入第二反应釜反应产生沉淀，过程中能够通过在线ph计检测控制第二反应釜中溶液的ph值，反馈调节液碱流量，创新实现氨值和ph值分开自动检测控制；通过控制器设定第一反应釜中溶液的ph值和第二反应釜中溶液的ph值，从而能够精确控制体系的氨值和ph值，人工只需在系统监控、微调反应ph值，查看记录过程温度、搅拌转速、氮气流量等数据，无需取样检测ph值及氨值，提高了自动化程度，有利于三元前驱体产能提升，该设备结构简单，操作方便，效果良好。
附图说明
31.图1是本发明所述的一种自动化制备三元前驱体的方法流程框图。
具体实施方式
32.下面结合附图，对本发明作详细的说明。
33.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
34.实施例
35.如图1所示，本发明所述的一种自动化制备三元前驱体的方法，生产的产品nicomn离子比例为6：2：2。
36.采用的设备包括：
37.dcs或plc自动控制器，本实施例中采用dcs控制器；
38.第一容器(装载ncm盐溶液)，第二容器(装载氨水)，第三容器(装载液碱)，纯水储槽(装载纯水，为第一反应釜和第二反应釜提供底液)；
39.容积为3m3的第一反应釜，容积为10m3的第二反应釜，第一反应釜和第二反应釜均使用螺旋桨叶，搅拌最高转速为300rpm；
40.最大量程600l/h的第一盐计量泵，最大量程600l/h的第二盐计量泵，氨水计量泵及液碱计量泵；
41.第一容器通过第一盐计量泵连通第一反应釜，第二容器通过氨水计量泵连通第一反应釜，第一反应釜中设有第一ph计，第一ph计电性连接控制器，控制器电性连接氨水计量泵；
42.第一反应釜通过第二盐计量泵连通第二反应釜，第三容器通过液碱计量泵连通第二反应釜，第二反应釜中设有第二ph计，第二ph计电性连接控制器，控制器电性连接液碱计量泵；
43.第一反应釜和第二反应釜内还分别设有液位计、温度计，液位计、温度计均电性连接控制器，纯水储槽分别连通第一反应釜和第二反应釜；
44.第二反应釜出料口连接陈化槽。
45.使用原料和辅料包括：原料为晶体硫酸盐，包括六水硫酸镍、七水硫酸钴、一水硫酸锰；辅料为30％～32％氢氧化钠溶液，14％～16％氨水；能源主要为氮气。
46.该方法包括以下步骤：
47.配制2mol/l的ncm混合盐溶液，ncm比例为6：2：2；
48.第一反应釜和第二反应釜加满底液，提前用氮气置换釜内空气，通入99.99％氮气流量1000l/h，第一反应釜和第二反应釜的夹套均通入热蒸汽或者热纯水温升至55℃，开启低搅拌转速，第一反应釜调制好一定浓度的氨值，第二反应釜调整氨值及ph值；
49.ncm盐溶液通过第一盐计量泵以200
±
10l/h的流量进入第一反应釜，同时，氨水通过氨水计量泵预设定以12l/h左右的流量进入第一反应釜，在dcs面板上设定第一反应釜ph值稳定在10.2
±
0.2的范围；
50.第二反应釜在dcs控制系统中设定ph值为11.80
±
0.2的范围，第二盐计量泵连通第一反应釜和第二反应釜，从第一反应釜出液口打向第二反应釜进料口，其流量为固定值210
±
10l/h，同时开启第二反应釜的液碱计量泵，预设定以70l/h左右的流量通入第二反应釜。
51.过程控制ncm盐溶液流量为固定值，氨水流量和液碱流量通过dcs系统pid自动调整流量，第二反应釜ph值稳定3小时后将ph值设定为11.60，反应稳定6小时后直接将ncm盐溶液流量提升至400l/h，过程控制只检测开机粒度，过程反应时间约70～100h，人工只需关注开釜ph值，监控及记录过程数据，无需取样检测ph值及氨值。
52.反应完成后物料流入陈化槽中，三元前驱体结晶经离心机加入热纯水洗涤脱水后，经烘干、筛分、除铁、包装成三元前驱体产品。
53.本发明所述的一种自动化制备三元前驱体的方法及设备，使ncm盐和氨先通入第一反应釜进行配位络合，过程中能够通过在线的第一ph计检测控制第一反应釜中溶液的ph值，反馈调节氨水流量，及调节氨值，然后将第一反应釜中溶液与液碱同时通入第二反应釜反应产生沉淀，过程中能够通过在线的第二ph计检测控制第二反应釜中溶液的ph值，反馈调节液碱流量，创新实现氨值和ph值分开控制；通过控制器设定第一反应釜中溶液的ph值和第二反应釜中溶液的ph值，从而能够精确控制体系的氨值和ph值，过程中温度，氮气流量，搅拌均由dcs系统独立调控，人工只需dcs系统监控、微调反应ph值，查看记录过程温度、搅拌转速、氮气流量等数据，无需取样检测ph值及氨值，提高了自动化程度，有利于三元前驱体产能提升，反应工艺过程增加产量，只需调控盐溶液流量大小，过程控制由系统自动完成，该方法步骤简单，该设备结构简单，操作方便，效果良好。
54.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。技术特征：
1.一种自动化制备三元前驱体的方法，其特征在于，包括：a、将ncm盐溶液通过第一盐计量泵送入第一反应釜，同时，将氨水通过氨水计量泵送入第一反应釜，控制第一反应釜中溶液的ph值；b、将第一反应釜中溶液通过第二盐计量泵送入第二反应釜，同时，将液碱通过液碱计量泵送入第二反应釜，控制第二反应釜中溶液的ph值。2.根据权利要求1所述的自动化制备三元前驱体的方法，其特征在于，步骤a之前，配制ncm盐溶液，ncm比例为6：2：2。3.根据权利要求1所述的自动化制备三元前驱体的方法，其特征在于，步骤a之前，第一反应釜和第二反应釜加满底液，通入氮气置换釜内空气，第一反应釜和第二反应釜的夹套内均通入热流体提升第一反应釜和第二反应釜的温度，开启搅拌。4.根据权利要求1所述的自动化制备三元前驱体的方法，其特征在于，步骤a中，控制第一反应釜中溶液的ph值在10.2
±
0.5的范围。5.根据权利要求4所述的自动化制备三元前驱体的方法，其特征在于，通过控制ncm盐溶液流量为固定值，调节氨水流量来控制第一反应釜中溶液的ph值。6.根据权利要求1所述的自动化制备三元前驱体的方法，其特征在于，步骤b中，控制第二反应釜中溶液的ph值在11.80
±
0.5的范围。7.根据权利要求6所述的自动化制备三元前驱体的方法，其特征在于，通过控制第一反应釜中溶液流量为固定值，调节液碱流量来控制第二反应釜中溶液的ph值。8.根据权利要求1-7任一项所述的自动化制备三元前驱体的方法，其特征在于，系统稳定运行后，提高ncm盐溶液流量。9.一种自动化制备三元前驱体的设备，其特征在于，应用如权利要求1-8任一项所述的一种自动化制备三元前驱体的方法，该设备包括：控制器；第一容器，装载ncm盐溶液；第二容器，装载氨水；第三容器，装载液碱；第一反应釜，第一容器通过第一盐计量泵连通第一反应釜，第二容器通过氨水计量泵连通第一反应釜，第一反应釜中设有第一ph计，第一ph计电性连接控制器，控制器电性连接氨水计量泵；第二反应釜，第一反应釜通过第二盐计量泵连通第二反应釜，第三容器通过液碱计量泵连通第二反应釜，第二反应釜中设有第二ph计，第二ph计电性连接控制器，控制器电性连接液碱计量泵。10.根据权利要求9所述的自动化制备三元前驱体的设备，其特征在于，第二反应釜连接陈化槽。
技术总结
本发明公开了一种自动化制备三元前驱体的方法及设备，该方法包括将NCM盐溶液通过第一盐计量泵送入第一反应釜，将氨水通过氨水计量泵送入第一反应釜，控制第一反应釜中溶液的pH值；将第一反应釜中溶液通过第二盐计量泵送入第二反应釜，将液碱通过液碱计量泵送入第二反应釜，控制第二反应釜中溶液的pH值。本发明使盐和氨先配位络合，过程中能够通过检测控制第一反应釜中溶液的pH值，反馈调节氨水流量，然后将第一反应釜中溶液与液碱同时通入第二反应釜反应产生沉淀，过程中能够通过检测控制第二反应釜中溶液的pH值，反馈调节液碱流量，创新实现氨值和pH值分开控制，人工无需手动取样、检测pH值及氨值，提高了自动化程度。提高了自动化程度。提高了自动化程度。
技术研发人员：王政强 李超 张燕辉 邢王燕 孙宏 雷华军 谭磊 王东
受保护的技术使用者：宜宾锂宝
新材料有限公司
技术研发日：2021.12.20
技术公布日：2022/3/15
声明：
“自动化制备三元前驱体的方法及设备与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：宜宾锂宝新材料有限公司
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2024年05月17日 ~ 19日 
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