一种去除锂离子电池三元材料前驱体杂质的方法技术

一种锂离子电池三元材料前驱体杂质洗涤的方法，将共沉淀法制得锂离子电池三元材料前驱体料浆静置并沉降使所述的料浆分层，放出上清液得到沉淀浆料；2)向所得到的沉淀浆料中缓慢加入有机溶剂，即刻产生结晶物质，结晶物质完全析出后，静置至结晶长大完成形成晶粒，将所得的混合物溶液过滤干燥，滤液回收有机溶剂重复利用；所述的有机溶剂为可以和水以任意比例互溶醇、醛、酮类中一种或几种；3)将2)步过滤干燥所得的固体混合物中的前驱体与所述的晶粒固固分离，即得到去杂后的三元前驱体。是一种可提高产品质量，解决前驱体制备过程中杂质去除不彻底和环境压力大的问题，且过程简单，效果好、易操作的方法。

【技术实现步骤摘要】
一种去除锂离子电池三元材料前驱体杂质的方法
本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种去除锂离子电池三元材料前驱体杂质的方法。
技术介绍
新能源汽车是未来汽车发展的方向，而动力电池是新能源汽车区别于传统燃油汽车的重要组成部分。三元正极材料因为具有能量密度高、环境友好、价格低廉等优点而成为了人们关注的热点。其可以通过高温固相法、溶胶凝胶法、喷雾干燥法、水热法以及共沉淀法等一系列方法合成。而其中共沉淀法由于可以在原子级别对材料进行合成，并且可以控制材料的形貌结构、振实密度等，被广泛的应用在工业生产中。在常规的共沉淀制备过程中，首先合成的是三元材料的前驱体，其中氢氧化物前驱体最为常见。即由金属元素的可溶盐与强碱沉淀剂在络合剂的作用下发生反应，生成前驱体。最常用的可溶性金属盐为硫酸盐，强碱为氢氧化钠，从而在反应体系中存在了大量的Na+与SO42-。由于它们的可溶性，从而工业上一般都是在反应结束后用大量的去离子水对其进行洗涤去杂。根据生产经验，洗涤的次数至少需要三次以上，每吨前驱体需要洗涤的用水量需要数吨，这些水最后都成为了工业废水，回收价值低，处理成本高。同时，少量的Na+与SO42-被包裹在沉淀颗粒中，且难以洗去，最终产品中残留有几百至几千ppm的Na+与SO42-杂质，最终影响后续制备成三元锂离子电池正极材料的产品性能。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在提供一种可提高产品质量，解决前驱体制备过程中杂质去除不彻底和环境压力大的问题，且过程简单，效果好、易操作的一种去除锂离子电池三元材料前驱体杂质的方法。本专利技术的技术方案包括以下步骤：1)：将共沉淀法制得锂离子电池三元材料前驱体料浆静置并沉降使所述的料浆分层，放出上清液得到沉淀浆料；2)向所得到的沉淀浆料中缓慢加入有机溶剂，即刻产生白色结晶物质，白色结晶物质完全析出后，静置至结晶长大完成形成晶粒，将所得的混合物溶液过滤干燥，滤液回收有机溶剂重复利用；所述的有机溶剂为可以和水以任意比例互溶醇、醛、酮类中一种或几种；3)将2)步过滤干燥所得的固体混合物中的前驱体与所述的晶粒固固分离，即得到去杂后的三元前驱体。本专利技术的方案通过向三元材料前驱体料液中加入可以与水以任意比例互溶醇、醛、酮类中一种或几种的有机溶剂后，静置及固固分离的方法去杂；通过以上的方案的各步骤协同处理可使得大量的溶解于浆料的水中杂质元素(特别是Na+和SO42-)以沉淀晶体析出，再通过静置过程使析出的晶体长大，直至可进行固固分离。本专利技术的方案可以有效解决现有前驱体制备过程中前驱体杂质洗涤过程中过程繁琐，环境压力大，杂质去除不彻底等问题，且本专利技术的方案由于过程简单，操作方便，十分有利于工业化进程。其中，步骤1)中，所述的三元正极材料前驱体优选为Ni1-x-yCoxMy(OH)2，其中，0<x<1，0<y<1，M为Mn、Al、Ti、Cr、Fe、Zn或Cu等等。粒径为1～30um。同时本专利技术人也发现，为了达到更好的分离效果，作为优选，所述的有机溶液为甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇、甲醛、乙醛或丙酮。为了使杂质离子充分析出并达到一定的粒径，所述的步骤2)中，加入的有机溶剂与所述的沉淀浆料的体积比为0.5:1～2:1为宜。为了使杂质离子与三元前驱体进行更好的分离，作为进一步的优选，加入的有机溶剂与所述的沉淀浆料的体积比为1:1～2:1。其中，步骤2)中，静置的时间为8～15h。本专利技术人发现，静置过程也是本专利技术的关键步骤之一，晶体析出后通过静置可以使晶体逐渐长大，从而可以通过更为简单的固固分离方法将其与前驱体进行分离。本专利技术通过研究发现，为了得到本专利技术方案良好的实施效果，通过控制静置时间，以及有机溶剂与所述的沉淀浆料的体积比的条件下应控制晶体颗粒粒径不低于50μm。其中，步骤2)中，加入有机溶剂过程与静置过程中都伴随着机械搅拌。本专利技术人发现，在对混合物溶液进行过滤后，可以通过蒸馏的方法将有机溶剂回收然后再应用到前面的步骤中去，这样节省了有机溶剂的使用量，从而可以达到节省生产成本的目的。其中，步骤2)中，所述的干燥温度为60～80℃。其中，步骤3)中，所述的固固分离方法包括振动筛分离或风力分选等。本专利技术人发现，为了达到更好的分离效果，进一步优选，振动筛分离为更佳。传统的去杂方法只是单纯的利用去离子水对前驱体进行冲洗，洗涤的效果差，洗涤的效率低，且需要通过多次洗涤，不但资源浪费严重的同时，除杂效果仍不彻底。而本专利技术的方法不但可以对资源重复利用，且也不会给前驱体带入新的杂质。和现有技术相比，本专利技术的中主要的水溶性杂质的含量均降到100ppm以下，资源的利用效率高。综上，本专利技术所述的锂离子电池三元材料前驱体杂质洗涤的方法，工艺简单，操作流程短，成本低，洗涤效果彻底，有效的促进了前驱体的工业化生产。附图说明图1为实施例1得到的用乙醇洗涤后得到的前驱体Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2的SEM图。具体实施方式实施例1：将反应48h后的球形三元正极材料前驱体Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2(平均粒径为～12um)从反应釜中放出后静置8h后分层，放出上清液得到沉淀浆料。取500ml浆料并缓慢搅拌，缓慢加入500ml乙醇，不断有白色的沉淀物析出，持续搅拌静置10h后，对其进行过滤在60℃温度下烘干，然后应用振动筛将前驱体与白色结晶杂质分离即得到洗涤后的前驱体。洗涤后烘干的前驱体SEM图见图1，通过ICP对前驱体进行Na和S含量分析，前驱体的Na含量为98mg/kg，S的含量为0.015％，Fe的含量为30ppm，Ca的含量为9ppm，Mg的含量为26ppm，Zn的含量为7ppm，Pb的含量为3ppm，Cu的含量为15ppm。实施例2：将反应36h后的球形三元正极材料前驱体Ni0.8Co0.15Al0.05(OH)2(平均粒径为～9um)从反应釜中放出后静置8h后分层，放出上清液得到沉淀浆料。取500ml浆料并缓慢搅拌，缓慢加入1000ml甲醇，不断有白色的沉淀物析出，持续搅拌静置12h后，对其进行过滤在80℃温度下烘干，然后应用振动筛将前驱体与白色结晶杂质分离即得到洗涤后的前驱体。洗涤后烘干的前驱体通过ICP对Na和S含量分析，前驱体的Na含量为84mg/kg，S的含量为0.009％，Fe的含量为26ppm，Ca的含量为18ppm，Mg的含量为17ppm，Zn的含量为3ppm，Pb的含量为4ppm，Cu的含量为7ppm。对比例1：将反应36h后的球形三元正极材料前驱体Ni0.8Co0.15Al0.05(OH)2(平均粒径为～9um)从反应釜中放出后静置8h后分层，放出上清液得到沉淀浆料。取500ml浆料并缓慢搅拌，缓慢加入1000ml甲醇，不断有白色的沉淀物析出，然后对其进行过滤在80℃温度下烘干，应用振动筛将前驱体与部分白色结晶杂质分离得到洗涤后的前驱体。其中没有进行静置，过滤效果非常差，同时晶体没有长大，导致绝大部分晶体无法与前驱体进行分离。洗涤后烘干的前驱体通过ICP对Na和S含量分析，前驱体的Na含量为204ppm，S的含量为0.073％，Fe的含量为36ppm，Ca的含量为20ppm，Mg的含量为16ppm，Zn的含量为5ppm，Pb的含量为9ppm，Cu的含量为12ppm。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种去除锂离子电池三元材料前驱体杂质的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将共沉淀法制得锂离子电池三元材料前驱体料浆静置并沉降使所述的料浆分层，放出上清液得到沉淀浆料；2)向所得到的沉淀浆料中缓慢加入有机溶剂，即刻产生结晶物质，结晶物质完全析出后，静置至结晶长大完成形成晶粒，将所得的混合物溶液过滤干燥，滤液回收有机溶剂重复利用；所述的有机溶剂为可以和水以任意比例互溶醇、醛、酮类中一种或几种；3)将2)步过滤干燥所得的固体混合物中的前驱体与所述的晶粒固固分离，即得到去杂后的三元前驱体。

【技术特征摘要】
1.一种去除锂离子电池三元材料前驱体杂质的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将共沉淀法制得锂离子电池三元材料前驱体料浆静置并沉降使所述的料浆分层，放出上清液得到沉淀浆料；2)向所得到的沉淀浆料中缓慢加入有机溶剂，即刻产生结晶物质，结晶物质完全析出后，静置至结晶长大完成形成晶粒，将所得的混合物溶液过滤干燥，滤液回收有机溶剂重复利用；所述的有机溶剂为可以和水以任意比例互溶醇、醛、酮类中一种或几种；3)将2)步过滤干燥所得的固体混合物中的前驱体与所述的晶粒固固分离，即得到去杂后的三元前驱体。2.根据权利要求1所述的锂离子电池三元材料前驱体杂质洗涤的方法，其特征在于，步骤1)中，所述的三元正极材料前驱体为Ni1-x-yCoxMy(OH)2，其中，0<x<1，0<y<1，M为Mn、Al、Ti、Cr、Fe、Zn或Cu，粒径为1～30μm。3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池三元...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜柯，胡国荣，彭忠东，谢红斌，罗忠源，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43