[發明專利]一種分級反應制備鎳鈷錳三元前驅體材料的方法

有效

• 申請號: 201810029667.2
• 申請日: 2018-01-12
• 公開（公告）號: CN108258235B
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: 羅云;陳光旭;林江;黃攀;高卓;鄭德兵;何聰
• 申請（專利權）人: 宜賓光原鋰電材料有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525;C01G45/02;C01G51/04;C01G53/04
• 代理公司: 成都泰合道知識產權代理有限公司 51231
• 代理人: 呂曉霞

本發明公開了一種分級反應制備鎳鈷錳三元前驅體材料的方法，包括以下步驟：將硫酸鎳、硫酸鈷和硫酸錳配成混合溶液加入一級反應釜中，再加入氫氧化鈉溶液和氨水溶液混合溶液，然后控制溫度為45?65℃、攪拌速率為50?500rpm的條件下反應8?20小時，一級反應釜采用上端口自然溢流排出；將溢流排出的料液固液分離后，固體進行干燥篩分，粒徑小于7μm的小顆粒進行漿化得漿液；將所得的漿液送至二級反應釜進行反應；本發明方法將前驅體生產過程中的廢棄小顆粒進行回收利用，提高了原料的利用率，降低生產成本；粒徑小于7μm的鎳鈷錳三元前驅體材料質量百分含量在3％以下；且該方法生產的鎳鈷錳三元前驅體材料振實密度高，使得后續電池等產品性能更加的優良。

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池正極材料領域，尤其是一種鎳鈷錳三元前驅體材料的制備方法。

背景技術

隨著社會的發展，對于材料的環境友好、可持續發展要求越來越高，鋰離子電池作為一種新型綠色二次電池，得到了廣泛的應用。鋰離子電池的主要部件有正極、負極、電解液和隔膜等。目前商業化的鋰離子電池的正極材料主要有磷酸鐵鋰、鈷酸鋰和鎳鈷錳酸鋰三元材料。磷酸鐵鋰材料雖然安全系數高、熱導系數好和循環性能好等優點，但是存在著容量低，電導性能差等缺點；鈷酸鋰材料有著放電電壓高，循環性能好等優點，但是其生產價格高，不適宜大規模使用。鎳鈷錳酸鋰(NCM)三元材料綜合了鈷酸鋰、鎳酸鋰和錳酸鋰三種鋰離子電池正極材料的優點，三種過渡金屬元素存在明顯的協同效應，且能量密度高，價格相對合適，被認為是目前最有前途的正極材料之一。目前市場上生產鎳鈷錳酸鋰(NCM)三元材料普遍采用的方法是將鎳鈷錳三元前驅體和碳酸鋰或氫氧化鋰混合，經高溫煅燒后得到鎳鈷錳酸鋰(NCM)三元材料。

在正極材料制備工藝中，前驅體的制備工藝占60％，前驅體的優劣直接影響正極材料的性能。目前生產鎳鈷錳三元前驅體主要采用的是共沉淀法，即鎳鹽、鈷鹽、錳鹽按照一定的比例配成溶液，在氫氧化鈉、氨存在的條件下形成氫氧化鎳鈷錳沉淀，再通過離心洗滌、漿化、干燥等步驟得到合格的產品。該方法在生產過程中有一部分小廢料顆粒的存在，這部分物料若是使用，則影響鋰離子電池的性能；若是丟棄，則浪費資源，增加成本。為了解決上述問題，公開號為CN103943847A的中國專利申請提出將成品篩分，將三元正極前驅體材料中小顆粒槳化后，進入原有反應釜繼續反應。該方法雖然解決了三元正極前驅體材料廢料問題問題，但是該方法增加了控制反應釜的難度，降低了產能，不適于工業化生產。因此，亟待開發一種方法制備鎳鈷錳三元前驅體材料的方法，回收鎳鈷錳三元前驅體生產過程中產生的小廢料顆粒，且不影響鎳鈷錳三元前驅體材料生產的產能。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種分級反應制備鎳鈷錳三元前驅體材料的方法，該方法工藝簡單、反應易控制，生產的鎳鈷錳三元前驅體材料粒度分布窄。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種分級反應制備鎳鈷錳三元前驅體材料的方法，包括以下步驟：

(1)將硫酸鎳、硫酸鈷和硫酸錳配成混合溶液加入一級反應釜中，再用氫氧化鈉溶液調節一級反應釜中混合溶液的pH為10-13，利用氨水溶液調節一級反應釜中混合溶液的氨值為8-20g/L，然后控制一級反應釜溫度為45-65℃、一級反應釜攪拌速率為50-500rpm的條件下反應8-20小時，一級反應釜采用上端口自然溢流排出；

(2)將步驟(1)溢流排出的料液固液分離后，固體進行干燥篩分，粒徑大于7μm的顆粒即為所需的鎳鈷錳三元前驅體材料，粒徑小于7μm的小顆粒進行漿化得漿液；

(3)將步驟(2)所得的漿液送至二級反應釜，然后加入步驟(1)所述的混合液進行反應，所述漿液與混合液的體積比為1﹕2-3，采用氫氧化鈉溶液調節二級反應釜中的pH為8-11，利用氨水溶液調節二級反應釜中的氨值為6-15g/L，控制二級反應釜溫度為50-70℃、攪拌速率為50-500rpm的條件下反應7-20小時，二級反應釜采用上端口自然溢流排出，溢流排出的料液按照步驟(2)進行處理；