一种粒度稳定的镍钴锰三元前驱体及其制备方法与制备装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种粒度稳定的镍钴锰三元前驱体及其制备方法与制备装置，所述制备方法包括如下步骤：(1)向反应釜通入去离子水；(2)通入碱液；未完全稀释前的碱液形成高pH环境，完全稀释后的碱液形成低pH环境；(3)向低pH环境通入主料流及络合剂，生成镍钴锰三元前驱体颗粒；(4)当镍钴锰三元前驱体颗粒的粒度达到合格范围时，向高pH环境通入辅料流，维持低pH环境pH基本不变，若镍钴锰三元前驱体的粒度持续减小，则减少辅料流的流速，反之，则增大辅料流的流速，最终制备得到粒度稳定的镍钴锰三元前驱体。本发明专利技术是在控制反应釜内的pH稳定的前提下，使反应过程中小颗粒的成核和长大同时稳定地进行，从而达到粒度稳定控制的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种粒度稳定的镍钴锰三元前驱体及其制备方法与制备装置
本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种粒度稳定的镍钴锰三元前驱体及其制备方法与制备装置。
技术介绍
锂离子电池由于高电压、比容量高、环保等优点而被广泛应用。锂离子电池主要由正极材料、负极材料和电解液组成，其中正极材料对锂离子电池性能起着至关重要的作用。而正极材料前驱体对正极材料的性能又极为重要。目前国内主要采用共沉淀法来生产前驱体，包括连续法及间歇法，前驱体的粒度影响正极材料的振实密度、压实密度和循环性能等关键指标。现有连续法工艺中，大多采用升降pH的方式来改变粒度大小。在pH较高时，沉淀反应以成核为主，会产生大量的小颗粒细粉，在pH较低时，沉淀反应以生长为主，会形成生大颗粒粗粉；而且，在升降pH过程中，反应体系会有较大波动，成核与长大的过程是不稳定的，粒度难以稳定控制，对产品性能造成负面影响。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服锂电池正极材料前驱体生产中粒度波动大、控制不稳定的技术缺陷，提供一种粒度稳定的镍钴锰三元前驱体及其制备方法与制备装置。本专利技术是在控制反应釜内的pH稳定的前提下，使反应过程中小颗粒的成核和长大同时稳定地进行，从而达到粒度稳定控制的目的。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案如下：一种粒度稳定的镍钴锰三元前驱体制备方法，包括如下步骤：(1)向反应釜通入去离子水；(2)向所述去离子水中通入碱液；所述碱液在所述反应釜内的水溶液中逐渐扩散，浓度逐渐稀释，未完全稀释前的所述碱液形成高pH环境，完全稀释后的所述碱液形成低pH环境，所述高pH环境的pH大于所述低pH环境的pH；(3)向所述低pH环境持续通入主料流及络合剂，控制所述反应釜的搅拌速度，进行共沉淀反应，生成镍钴锰三元前驱体颗粒；(4)间隔一定时间测定所述镍钴锰三元前驱体颗粒的粒度大小，当所述镍钴锰三元前驱体颗粒的粒度达到所述预设的D50粒度的合格范围时，向所述高pH环境通入辅料流，维持所述低pH环境pH基本不变，间隔一定时间测定所述镍钴锰三元前驱体的粒度大小，若所述镍钴锰三元前驱体的粒度持续减小，则减少所述辅料流的流速，反之，则增大所述辅料流的流速；当所述镍钴锰三元前驱体的粒度基本不变时，维持所述辅料流的流速，最终制备得到粒度稳定的镍钴锰三元前驱体；上述技术方案中，所述主料流及所述辅料流的成分为可溶性镍盐溶液、可溶性钴盐溶液和可溶性锰盐溶液；所述主料流的流速＞所述辅料流的流速。上述技术方案中，所述预设的D50粒度为预设的终产物镍钴锰三元前驱体的D50粒度的理论值。优选地，所述步骤(1)中，所述反应釜的体积为5m3。优选地，所述步骤(1)中，所述去离子水加至所述反应釜的溢流口以下20cm。优选地，所述步骤(1)中，向所述反应釜通入惰性气体。更选地，所述步骤(1)中，所述惰性气体为氮气。优选地，所述步骤(1)中，所述惰性气体的流速为5～10m3/h。优选地，所述步骤(1)中，向所述反应釜通入碱液至体系的pH为10.90～11.60。更优选地，所述碱液为NaOH溶液。优选地，所述步骤(1)中，向所述反应釜通入所述络合剂至体系的所述络合剂浓度为0.3～0.6mol/L。优选地，所述络合剂为氨水。优选地，所述步骤(1)中，将所述反应釜升温至45～65℃。更优选地，所述步骤(1)中，将所述反应釜升温至59.5～60.5℃。优选地，所述步骤(2)中，所述碱液为NaOH溶液。优选地，所述步骤(2)中，所述碱液的浓度为5～8mol/L。更优选地，所述步骤(2)中，所述碱液的浓度为8mol/L。优选地，所述步骤(2)中，所述碱液的流速为50～180L/h。更优选地，所述步骤(2)中，所述碱液的流速为50～65L/h。优选地，所述步骤(2)中，所述高pH环境的pH＞11.40，所述低pH环境的pH为10.40～11.40。优选地，所述步骤(3)中，所述主料流的浓度为1.5mol/L。优选地，所述步骤(3)中，所述主料流的流速为150～300L/h。更优选地，所述步骤(3)中，所述主料流的流速为150L/h。优选地，所述步骤(3)中，向所述反应釜通入所述络合剂至体系的所述络合剂浓度为0.3～0.6mol/L。优选地，所述步骤(3)中，所述络合剂为氨水。优选地，所述步骤(3)中，所述络合剂的流速为5～25L/h。优选地，所述步骤(3)中，所述搅拌转速为150～200rpm。优选地，所述步骤(4)中，所述间隔一定时间为2h。优选地，所述步骤(4)中，所述预设的D50粒度为3μm～15μm。更优选地，所述步骤(4)中，所述预设的D50粒度为3μm、10μm、15μm。优选地，所述步骤(4)中，所述预设的D50粒度的合格范围为所述镍钴锰三元前驱体的D50粒径在所述预设的D50粒度的0.9～1.1倍之间波动。更优选地，所述步骤(4)中，所述预设的D50粒度的合格范围为所述镍钴锰三元前驱体的D50粒径分别在3±0.3μm、10±0.5μm、15±0.5μm之间波动。优选地，所述步骤(4)中，所述辅料流流速为所述主料流流速的3％～10％。优选地，所述步骤(4)中，所述辅料流的流速为5～20L/h。优选地，所述步骤(4)中，向所述高pH环境通入所述辅料流时，将所述主料流流速降低，所述主料流速降低的量为所述辅料流流速，维持所述低pH环境pH基本不变；由于总料流(主料流+辅料流)和碱流不变，因此实现低pH环境pH基本不变。优选地，所述步骤(4)中，所述低pH环境pH基本不变时的pH为所述合格范围时的pH±0.07。优选地，所述步骤(4)中，所述辅料流在所述反应釜的水溶液的出液口与所述碱液在所述反应釜的水溶液中的出液口相距2～5cm。优选地，所述步骤(4)中，所述辅料流在所述反应釜的水溶液中的出液方向与所述碱液在所述反应釜的水溶液中的出液方向的夹角为90°。优选地，所述步骤(4)中，所述粒度基本不变为所述镍钴锰三元前驱体的D50粒径在所述预设的D50粒度的0.95～1.05倍之间波动。优选地，所述步骤(4)中，所述粒度稳定的镍钴锰三元前驱体的D50粒径在所述预设的D50粒度的0.95～1.05倍之间波动。更优选地，所述步骤(4)中，所述粒度稳定的镍钴锰三元前驱体的D50粒径分别在3.05±0.10μm、10.00±0.35μm、15±0.4μm之间波动。优选地，所述主料流及所述辅料流的成分为硫酸镍、硫酸钴和硫酸锰。更优选地，按摩尔比，所述硫酸镍、所述硫酸钴和所述硫酸锰的比值为8∶1∶1或0.9∶0.05∶0.05。上述技术方案中，当预设的D50粒度为3μm时，所述步骤(2)中，所述高pH环境的pH＞11.40，所述低pH环境的pH为11.05～本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种粒度稳定的镍钴锰三元前驱体制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)向反应釜通入去离子水；/n(2)向所述去离子水中通入碱液；所述碱液在所述反应釜内的水溶液中逐渐扩散，浓度逐渐稀释，未完全稀释前的所述碱液形成高pH环境，完全稀释后的所述碱液形成低pH环境，所述高pH环境的pH大于所述低pH环境的pH；/n(3)向所述低pH环境持续通入主料流及络合剂，控制所述反应釜的搅拌速度，进行共沉淀反应，生成镍钴锰三元前驱体颗粒；/n(4)间隔一定时间测定所述镍钴锰三元前驱体颗粒的粒度大小，当所述镍钴锰三元前驱体颗粒的粒度达到预设的D50粒度的合格范围时，向所述高pH环境通入辅料流，维持所述低pH环境pH基本不变，间隔一定时间测定所述镍钴锰三元前驱体的粒度大小，若所述镍钴锰三元前驱体的粒度持续减小，则减少所述辅料流的流速，反之，则增大所述辅料流的流速；当所述镍钴锰三元前驱体的粒度基本不变时，维持所述辅料流的流速，最终制备得到粒度稳定的镍钴锰三元前驱体；/n所述主料流及所述辅料流的成分为可溶性镍盐溶液、可溶性钴盐溶液和可溶性锰盐溶液；所述主料流的流速>所述辅料流的流速。/n

【技术特征摘要】
1.一种粒度稳定的镍钴锰三元前驱体制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)向反应釜通入去离子水；
(2)向所述去离子水中通入碱液；所述碱液在所述反应釜内的水溶液中逐渐扩散，浓度逐渐稀释，未完全稀释前的所述碱液形成高pH环境，完全稀释后的所述碱液形成低pH环境，所述高pH环境的pH大于所述低pH环境的pH；
(3)向所述低pH环境持续通入主料流及络合剂，控制所述反应釜的搅拌速度，进行共沉淀反应，生成镍钴锰三元前驱体颗粒；
(4)间隔一定时间测定所述镍钴锰三元前驱体颗粒的粒度大小，当所述镍钴锰三元前驱体颗粒的粒度达到预设的D50粒度的合格范围时，向所述高pH环境通入辅料流，维持所述低pH环境pH基本不变，间隔一定时间测定所述镍钴锰三元前驱体的粒度大小，若所述镍钴锰三元前驱体的粒度持续减小，则减少所述辅料流的流速，反之，则增大所述辅料流的流速；当所述镍钴锰三元前驱体的粒度基本不变时，维持所述辅料流的流速，最终制备得到粒度稳定的镍钴锰三元前驱体；
所述主料流及所述辅料流的成分为可溶性镍盐溶液、可溶性钴盐溶液和可溶性锰盐溶液；所述主料流的流速>所述辅料流的流速。


2.如权利要求1所述的一种粒度稳定的镍钴锰三元前驱体制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述高pH环境的pH＞11.40，所述低pH环境的pH为10.40～11.40。


3.如权利要求1所述的一种粒度稳定的镍钴锰三元前驱体制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，所述辅料流流速为所述主料流流速的3％～10％。


4.如权利要求1所述的一种粒度稳定的镍钴锰三元前驱体制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，向所述高pH环境通入所述辅料流时，将所述主料流流速降低，所述主料流速降低的量为所述辅料流流速，维持所述低pH环境pH基本不变；所述低pH环境pH基本不变时的pH为所述合格范围时的pH±0.07。


5.如权利要求1所述的一种粒度稳定的镍钴锰三元前驱体制...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦凯龙，刘瑞，倪湖炳，朱珠，
申请(专利权)人：宁波容百新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33