[發明專利]分級制備鋰電池正極材料前驅體的方法及設備

在審

• 申請號: 202011178807.6
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112441626A
• 公開（公告）日: 2021-03-05
• 發明（設計）人: 李少龍;吳靖;李鵬;米璽學;王耀璽;康梅;孫磊;郭淑珍
• 申請（專利權）人: 寧夏中色金輝新能源有限公司
• 主分類號: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 寧夏合天律師事務所 64103
• 代理人: 周曉梅

本發明提出的分級制備鋰電池正極材料前驅體的方法，包括金屬鹽溶液配制、二次脫除母液、分級粗品的步驟，將底液加入到反應釜，通入惰性氣體，攪拌過程中將金屬鹽溶液、絡合劑和沉淀劑溶液并流進入反應釜，進行合成反應，生產前驅體粗品漿料脫除母液：通過離心機或壓濾機將反應釜內前驅體粗品漿料脫除母液，進而將母液和漿料粗品分離，通過水流分級槽將二次漿料粗品進行多級分離，得到多種粒徑尺寸的前驅體顆粒漿料，本發明中利用水流分級槽將漿料進行二次分級，實現了精細控制，得到不同粒徑的前驅體顆粒，使混合后的顆粒可控制、可預設，其適用于電池正極制備后，性能可預期。

技術領域

本發明涉及鋰電池正極材料制備技術領域，尤其涉及一種分級制備鋰電池正極材料前驅體的方法及設備。

背景技術

鋰離子電池高電壓、高能量、無記憶效應和較長的使用壽命的優越性能，使得它在二次電池中脫穎而出，得到了迅速的發展和應用。目前市場上最有潛力的鋰離子電池正極材料主要有鈷酸鋰、鎳鈷錳酸鋰、錳酸鋰和磷酸鐵鋰系列(包括磷酸亞鐵鋰，磷酸釩鋰等)四類。

現在工業上成熟的方法是先制備鋰離子正極材料前驅體，如鎳基一元、鎳鈷二元和鎳鈷錳三元前驅體等，然后在與鋰源均勻混合后，在高溫下固相燒結制備正極材料。正極材料性能的好壞，60%在于前驅體的制備技術，前驅體的指標對正極材料具有傳承性，而且也影響著燒結工藝的進行。現有技術制備的鋰離子正極材料前驅體粒度分布不均勻，其中過小的顆粒細粉容易導致電池材料過充電或過放電，嚴重影響材料的循環性能和安全性能。

中國專利CN108751265A公開了一種鋰離子電池正極材料及其前驅體的制備方法，專利中采用水力旋流器對反應漿液進行分級，得到了粒徑分布適中的前驅體，但產生了大量的含氨廢水，同時分級后的小顆粒重新返回反應釜進行二次生長，使得反應釜粒徑波動較大。中國專利CN108258235A公開了一種分級反應制備鎳鈷錳三元前驅體材料的方法，采用干法篩分的方式對前驅體進行分級，由于篩分返回的小顆粒被氧化，影響了再次合成生長的顆粒性能。

發明內容

有必要提出一種分級制備鋰電池正極材料前驅體的方法。

一種分級制備鋰電池正極材料前驅體的方法，包括如下步驟：

金屬鹽溶液配制：按照化學式NiaCobMncMd(OH)₂，式中a+b+c+d=1、0≤a≤1、0≤b≤1、0≤c≤1、0≤d≤0.1，將可溶性鎳鹽、鈷鹽、錳鹽、M鹽中的至少一種溶于純水中，配制成金屬鹽溶液；

配置絡合劑；

配置沉淀劑；

合成前驅體： 將底液加入到反應釜，通入惰性氣體，攪拌過程中將金屬鹽溶液、絡合劑和沉淀劑溶液并流進入反應釜，進行合成反應，生產前驅體粗品漿料；

脫除母液：通過離心機或壓濾機將反應釜內前驅體粗品漿料脫除母液，進而將母液和漿料粗品分離；

二次脫除母液：將漿料粗品與純水二次混合，并利用離心機或壓濾機將漿料粗品與母液二次分離，得到二次漿料粗品；

分級粗品：通過水流分級槽將二次漿料粗品進行多級分離，得到多種粒徑尺寸的前驅體顆粒漿料。

一種分級制備鋰電池正極材料前驅體設備，包括水流分級槽，水流分級槽為長槽，長槽的一端端部用于通入二次漿料粗品，另一端用于排出微粉漿料，還在長槽內部設置若干立板，所述立板的高度依次增高，以對二次漿料粗品進行多級分離，得到多種粒徑尺寸的前驅體顆粒漿料。

本發明中，利用水流分級槽將漿料進行二次分級，實現了精細控制，得到不同粒徑的前驅體顆粒，如此可以根據客戶需求，提供均勻一致粒徑的前驅體顆粒，也可以將不同粒徑的顆粒按照需求參配混合，使混合后的顆粒可控制、可預設，其適用于電池正極制備后，其性能可預期。這與現有技術中直接從反應釜排出烘干形成的顆粒是不同的，反應釜的反應過程是不可見的過程，即使控制了不同的工藝參數，反應過程的不穩定性會造成反應后的漿料顆粒度不均勻不穩定，作為產品用于電池材料生產時，前驅體內部的顆粒度無法預測。