一种连续式镍钴锰三元前驱体的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种连续式镍钴锰三元前驱体的制备方法，包括配制一定浓度的金属盐溶液、液碱、氨水溶液；反应釜连通有两根液碱进液管、一根金属盐溶液进液管和一根氨水进液管，其中一根液碱进液管的出液口高于另一根液碱进液管的出液口；从上述四根进液管分别对应并联输入相应的溶液，使相应的溶液流入反应釜；将反应釜内反应后的溶液输送至陈化槽陈化，并洗涤干燥，得到镍钴锰三元前驱体。本发明专利技术段制备的锂电池正极材料性能好，有利于锂电池产品的产线收率；采用液碱分两个进液管注入的方法，上进液管分流一部分液碱进入反应釜，可使现有技术反应区内局部pH降低，可明显减少晶核、并且提高D0。

Preparation of a continuous nickel, cobalt and manganese three precursor

【技术实现步骤摘要】
一种连续式镍钴锰三元前驱体的制备方法
本专利技术涉及锂离子电池正极材料的制备，具体说是一种连续式镍钴锰三元前驱体的制备方法。
技术介绍
随着我国经济、科技的不断发展，对能源的使用也随之增加，尤其是工业的迅速发展，对电池能源的消耗较大，产生的危害物质容易造成生态环境的破坏。因此，国家对能源的使用提出更高的要求，不但要求提高能源的使用效率，而且要达到节能减排，加强自然生态保护的目地。因此，改善电池能源设备结构，特别是高纯电池能源材料的制备极为重要。镍钴锰三元材料广泛应用于数码电子产品、电动工具、电动自行车等的锂离子电池上。目前镍钴锰三元前躯体的生产方法主要采用金属盐、液碱、氨水同时加入反应釜中制备生成。在连续法制备过程中，由于边进液边出料，使得物料在反应釜内的停留时间各不相同，从而产生了最终产品的大小颗粒的正态分布。但在后续烧结过程中，晶核（也叫极小颗粒）容易出现过烧，因而是正极材料厂商所不愿意看到的。前躯体厂商一般采用过滤时滤布穿滤或者烘干时抽风分离掉部分晶核，虽能满足正极材料厂商的要求（D0＞3μm），但这样必然会导致物料损失，收率下降，从而造成成本上升，这也是目前不得已的主流方法。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供一种可在制备过程中减少晶核的连续式镍钴锰三元前驱体的制备方法。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种连续式镍钴锰三元前驱体的制备方法，其包括如下步骤，（a）配制一定浓度的金属盐溶液、液碱、氨水溶液；（b）反应釜连通有两根液碱进液管、一根金属盐溶液进液管和一根氨水进液管，其中一根液碱进液管的出液口高于另一根液碱进液管的出液口；（c）从上述四根进液管分别对应并联输入相应的溶液，使相应的溶液流入反应釜；（d）将反应釜内反应后的溶液输送至陈化槽陈化，并洗涤干燥，得到镍钴锰三元前驱体。作为优选，所述氨水溶液的浓度为12-25g/L。作为优选，所述两根进液管内溶液的流量比为1：（0.1-10）。作为优选，所述反应釜内设置有上下两层搅拌浆,持续向所述反应釜中通入氮气，开启搅拌桨实现搅拌，控制所述搅拌桨的搅拌速度为50-200r/min。作为优选，所述其中一根液碱进液管的出液口靠近上层搅拌浆，另一根液碱进液管的出液口靠近下层搅拌桨。作为优选，所述另一根液碱进液管的出液口和金属盐溶液进液管的出液口平齐。作为优选，在反应釜中反应时，控制所述反应釜的温度为40-80℃，反应液在反应釜内的平均停留时间为5~20小时。作为优选，所述陈化时间为30-120min，洗涤时间为60-240min，干燥时间为7-8小时。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、工艺简单、成本低、易操作、节能环保，合成出来的镍钴锰酸锂大小均匀，后段制备的锂电池正极材料性能好，有利于锂电池产品的产线收率；2、采用液碱分两个进液管注入的方法，上进液管分流一部分液碱进入反应釜，可使现有技术反应区内局部pH降低，可明显减少晶核、并且提高D0；3、控制反应区pH降低使成核数量少并易长大，为保证液碱总消耗量，可在反应釜上部由上部的液碱进液管补入下部减少的液碱液碱量，保持了整个反应平衡；4、采用该方法制备的三元前驱体镍钴锰酸锂能同时满足厂家成本低和客户产品分布窄的需求，市场潜力大。具体实施方式下面将详细说明本专利技术，在此本专利技术的示意性实施例以及说明用来解释本专利技术，但并不作为对本专利技术的限定。一种连续式镍钴锰三元前驱体的制备方法，以金属盐溶液、液碱和氨水溶液作为原料，采用四根进液管不间断并流进液至反应釜反应，且通过控制溶液注入速度大小、PH值、反应温度、搅拌速度等参数，有效控制锂电三元前驱体化学杂质和晶体结晶度、粒度、密度等，合成后经陈化、洗涤、离心，最终得到连续式的三元前驱体镍钴锰酸锂。需要说明的是，所述专利技术上下两根进液管的流量比为1：0.1~10，此处可以是上进液管与下进液管的流量比为1：0.1~10；也可以是下进液管与上进液管的流量比为1：0.1~10，都可以达到减少晶核个数并提高晶核粒径的效果。本专利技术提供的连续式镍钴锰三元前驱体的制备方法，采用液碱分两个进液管注入的方法，对传统的制备方法——只采用一个液碱进液管进行改进，提供一种可连续生产、稳定性强、晶核少、晶核粒径大的镍钴锰三元前驱体材料。在镍钴锰三元前驱体的制备方法中，所述金属盐溶液、液碱和氨水溶液进入反应釜并混合的位置称之为反应区，反应区是反应釜内最关键区域，反应区pH高则易成核或成核数量多，反应区pH少则易长大或成核数量少。本专利技术采用液碱分两个进液管注入的方法将反应区的液碱量减少，可以明显降低成核数量或者让新成核尽快长大，从而达到提高D0的目的。本专利技术的其中一根液碱进液管主要负责调节整个体系的pH值，另一根液碱进液管主要负责与氨水和金属盐的直接合成反应，由于直接参与反应的液碱量减少，局部pH变低，一旦形成了新的晶核，都会以比原来明显更快地速度迅速长大，从而达到明显减少晶核的目的，由于直接参与反应的液碱量减少，局部pH变低（有可能低于平衡点），一旦形成了新的晶核，都会以比原来明显更快的速度迅速长大，从而达到明显减少晶核，D0也能明显提高的目的。两根液碱进液管参与反应时，合成过程的D0至少大于1.5μm，再经过后续的陈化工艺，可以让D0提高到3μm以上。下面以三个实施例对本专利技术进行详细说明。实施例一：配制浓度为120g/L的金属盐溶液、浓度为32g/L的液碱、浓度为12g/L的氨水溶液；将上述金属盐溶液、液碱、氨水溶液通过相对应的进液管加入大小为5m3的反应釜中反应；所述液碱由上下两根进液管并联流入反应釜，上部进液管的流量为60L/h，下部进液管的流量为20L/h；控制反应釜中的pH为10、反应釜的温度为40℃、物料在反应釜内的平均停留时间为5小时,持续向所述反应釜中通入氮气，开启搅拌桨实现搅拌，所述搅拌桨两端分为位于上端的上层搅拌桨和位于下端的下层搅拌桨，控制所述搅拌桨的搅拌速度为50r/min,液碱的下进液管与金属盐溶液进液管、氨水进液管设于同一水平位置，且位于下层搅拌桨处，液碱的上进液管位于上层搅拌桨处,将上述反应釜溢流的料浆进入至陈化槽陈化30min；洗涤60min；干燥7小时后，得到镍钴锰三元前驱体。现有技术制得的三元前驱体为：D0:0.533um，D10:5.538um，D50：9.877um，D90:16.983um，D100:24.652；用所述实施例一的方法所得产品为：D0:3.05um，D10:5.688um，D50：9.877um，D90:17.223um，D100:24.577um，TD：2.23g/cm3。实施例二：配制浓度为120g/L的金属盐溶液、浓度为32g/L的液碱、浓度为25g/L的氨水溶液；将上述金属盐溶液、液碱、氨水溶液通过相对应的进液管加入大小为5m3的反应釜中反应；所述液碱由上下两根进液管并联流入反应釜，上部进液管的流量为40L/h，下部进液管的流量为20L/h；控制反应釜中的pH为11.5、反应釜的温度为80℃、物料在反应釜内的平均停留时间为20小时,持续向所述反应釜中通入氮气，开启搅拌桨实现搅拌，所述搅拌桨两端分为位于上端的上层搅拌桨和位于下端的下层搅拌桨，控制所述搅拌桨的搅拌速度为200r/min,液碱的下进液管与金属盐溶液进液本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种连续式镍钴锰三元前驱体的制备方法，其包括如下步骤：（a）配制一定浓度的金属盐溶液、液碱、氨水溶液；（b）反应釜连通有两根液碱进液管、一根金属盐溶液进液管和一根氨水进液管，其中一根液碱进液管的出液口高于另一根液碱进液管的出液口；（c）从上述四根进液管分别对应并联输入相应的溶液，使相应的溶液流入反应釜；（d）将反应釜内反应后的溶液输送至陈化槽陈化，并洗涤干燥，得到镍钴锰三元前驱体。

【技术特征摘要】
1.一种连续式镍钴锰三元前驱体的制备方法，其包括如下步骤：（a）配制一定浓度的金属盐溶液、液碱、氨水溶液；（b）反应釜连通有两根液碱进液管、一根金属盐溶液进液管和一根氨水进液管，其中一根液碱进液管的出液口高于另一根液碱进液管的出液口；（c）从上述四根进液管分别对应并联输入相应的溶液，使相应的溶液流入反应釜；（d）将反应釜内反应后的溶液输送至陈化槽陈化，并洗涤干燥，得到镍钴锰三元前驱体。2.根据权利要求1所述连续式镍钴锰三元前驱体的制备方法，其特征在于：所述氨水溶液的浓度为12-25g/L。3.根据权利要求1所述连续式镍钴锰三元前驱体的制备方法，其特征在于：所述两根进液管内溶液的流量比为1：（0.1-10）。4.根据权利要求1所述连续式镍钴锰三元前驱体的制备方法，其特征在于：所述反应釜内设置有上下两层...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱忠泗，涂勇，尹桂珍，刘兴国，
申请(专利权)人：湖南中伟新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43