高镍三元正极材料的水洗方法及其系统技术方案

本发明专利技术公开一种高镍三元正极材料的水洗方法及其系统。其中，所述高镍三元正极材料的水洗方法包括以下步骤：制备高镍三元正极材料基体；将所述高镍三元正极材料基体和水混合，得到电解质溶液；将所述电解质溶液进行电解，除去所述高镍三元正极材料基体表面的残碱。本发明专利技术的技术方案能够抑制材料表面晶格锂析出，且减少废水的产生量。

【技术实现步骤摘要】
高镍三元正极材料的水洗方法及其系统
本专利技术涉及锂离子电池正极材料的表面处理
，特别涉及一种高镍三元正极材料的水洗方法及其系统。
技术介绍
三元材料因具有优异综合性能和较低成本的双重优势日益被行业所关注，且已逐步超越磷酸铁锂和钴酸锂成为主流的技术路线，但是，随着三元材料的中镍含量的提升，烧结出来的残碱含量也越来越高，这也是导致高镍材料一直无法产业化的一个最重要原因。对生产环境和工艺控制能力的要求高，浆料吸水后极容易造成果冻，在实际应用中困难重重，因此降低表面残碱含量对于三元材料在电池里的应用具有非常重要的意义。目前行业中主要通过将三元正极材料加入到水中来洗去材料表面的残碱，但是水洗的过程往往会导致材料表面部分晶格锂析出，材料的电池循环性能变差，此外，水洗后还会产生大量的废水，处理废水时的资金投入以及环保风险也较大。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供一种高镍三元正极材料的水洗方法及其系统，旨在抑制材料表面晶格锂析出，且减少废水的产生量。为实现上述目的，本专利技术提出的高镍三元正极材料的水洗方法，包括以下步骤：制备高镍三元正极材料基体；将所述高镍三元正极材料基体和水混合，得到电解质溶液；将所述电解质溶液进行电解，除去所述高镍三元正极材料基体表面的残碱。可选的实施例中，所述水的重量为所述高镍三元正极材料基体重量的1至3倍。可选的实施例中，将所述高镍三元正极材料基体和水混合，得到电解质溶液；将所述电解质溶液进行电解，除去所述高镍三元正极材料基体表面的残碱的步骤中，包括：将水加入电解装置中；向装有水的电解装置中加入高镍三元材料基体，搅拌，得到电解质溶液；开启电解装置进行电解，并搅拌所述电解质溶液。所述开启电解装置进行电解，并搅拌所述电解质溶液的步骤中，包括：开启电解装置，在1V-36V的电源电压范围下进行电解，并搅拌所述电解质溶液，搅拌时间为10min-40min。可选的实施例中，开启电解装置进行电解，并搅拌所述电解质溶液的步骤中，还包括：收集电解过程中阳极室产生的气体和阴极室产生的气体。可选的实施例中，制备高镍三元正极材料基体的步骤中，包括：将锂源与三元材料前驱体进行混合，得到混合物；在氧气气氛下，将所述混合物于600℃-900℃的温度下烧结10h-15h，之后冷却、粉碎，得到高镍三元正极材料基体。可选的实施例中，所述锂源与所述三元材料前驱体的摩尔比大于1；和/或，所述锂源为锂的碳酸盐、氢氧化锂或锂化合物；和/或，所述三元材料前驱体为镍钴锰或镍钴铝氢氧化物。可选的实施例中，将所述电解质溶液进行电解，除去所述高镍三元正极材料基体表面的残碱的步骤之后，还包括：对电解后的电解质溶液进行抽滤操作，并收集固体部分；将收集的固体部分进行干燥操作，之后进行筛分和除磁操作。本专利技术还提出了一种高镍三元正极材料的水洗系统，应用于如前所述的高镍三元正极材料的水洗方法，所述水洗系统包括电解装置，所述电解装置包括电源、反应釜、阳极、阴极及质子交换膜，所述阳极、所述阴极及所述质子交换膜均设于所述反应釜内，所述质子交换膜将所述反应釜的腔体分隔成阳极室和阴极室，所述阳极位于所述阳极室，所述阴极位于所述阴极室内，所述电源的正极和负极分别电性连接于所述阳极和所述阴极。可选的实施例中，所述水洗系统还包括搅拌装置，所述搅拌结构包括电机和搅拌桨，所述电机安装于所述反应釜的顶部，所述电机的输出轴至少部分伸入所述反应釜内，所述搅拌桨设于所述反应釜内，并连接于所述输出轴的伸入部，用于搅拌反应釜内的电解质溶液；和/或，所述水洗系统还包括第一收集罐和第二收集罐，所述第一收集罐通过管道连接所述阳极室，用于收集所述阳极室内的气体，所述第二收集罐通过管道连接于所述阴极室，用于收集所述阴极室内的气体。本专利技术的技术方案，通过在采用水对高镍三元正极材料进行水洗的过程中增加了电解水操作，电解过程中阴极产生的H+能和高镍三元正极材料表面多余的氢氧化锂和碳酸锂进行反应，进而能更好地洗去材料表面多余的残碱。同时，电解过程中阴极产生H+，H+和Li+都是正电荷，为保证电荷平衡，H+增加，则Li+需减少，从而更好地抑制材料表面晶格锂析出。相较于常规的水洗方法，本专利技术的水洗方法能够有效地改善材料的电池循环性能。此外，电解过程中，水分解产生了氧气和氢气，有效地减少了污水的产生量。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1为本专利技术高镍三元正极材料的水洗系统一实施例的结构示意图；图2为本专利技术实施例1与对比例1中高镍三元正极材料应用于电池后的循环容量保持率曲线对比图。附图标号说明：本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本专利技术要求的保护范围之内。本专利技术提出一种高镍三元正极材料的水洗方法，包括以下步骤：制备高镍三元正极材料基体；将所述高镍三元正极材料基体和水混合，得到电解质溶液；将所述电解质溶液进行电解，除去所述高镍三元正极材料基体表面的残碱。本专利技术在采用水对高镍三元正极材料进行水洗时，增加了电解水操作，电解水操作的反应方程式如下：阴极：4H++4e-＝2H2↑阳极：4OH--4e-＝O2↑+2H2O电解总反应：2H2O＝2H2↑+O2↑(通电)电解过程中阴极产生的H+能和高镍三元正极材料表面多余的氢氧化锂和碳酸锂进行反应，进而能更好地洗去材料表面多余的残碱。并且，电解过程中阴极产生H+，H+和Li+都是正电荷，为保证电荷平衡，H+增加，则Li+需减少，从而更好地抑制材料表面晶格锂析出，相较于常规的水洗方法，本专利技术的水洗方法能够有效地改善材料的电池循环性能。此外，本专利技术的水洗方法，水洗过程增加电解反应，电解过程中，水分解产生了氧气和氢气，有效地减少了污水的产生量。需要说明的是，为了避免电解操作时其他离子的影响，水可选为去离子水。此外，将高镍三元正极材料基体和水混合，得到电解质溶液，将电解质溶液进行电解的具体操作可以为：先将高镍三元正极材料和水混合得到电解质溶液，再将电解质溶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高镍三元正极材料的水洗方法，其特征在于，包括以下步骤：/n制备高镍三元正极材料基体；/n将所述高镍三元正极材料基体和水混合，得到电解质溶液；/n将所述电解质溶液进行电解，除去所述高镍三元正极材料基体表面的残碱。/n

【技术特征摘要】
1.一种高镍三元正极材料的水洗方法，其特征在于，包括以下步骤：
制备高镍三元正极材料基体；
将所述高镍三元正极材料基体和水混合，得到电解质溶液；
将所述电解质溶液进行电解，除去所述高镍三元正极材料基体表面的残碱。


2.如权利要求1所述的高镍三元正极材料的水洗方法，其特征在于，所述水的重量为所述高镍三元正极材料基体重量的1至3倍。


3.如权利要求1所述的高镍三元正极材料的水洗方法，其特征在于，将所述高镍三元正极材料基体和水混合，得到电解质溶液；将所述电解质溶液进行电解，除去所述高镍三元正极材料基体表面的残碱的步骤中，包括：
将水加入电解装置中；
向装有水的电解装置中加入高镍三元材料基体，搅拌，得到电解质溶液；
开启电解装置进行电解，并搅拌所述电解质溶液。


4.如权利要求3所述的高镍三元正极材料的水洗方法，其特征在于，开启电解装置进行电解，并搅拌所述电解质溶液的步骤中，包括：
开启电解装置，在1V-36V的电源电压范围下进行电解，并搅拌所述电解质溶液，搅拌时间为10min-40min。


5.如权利要求3所述的高镍三元正极材料的水洗方法，其特征在于，开启电解装置进行电解，并搅拌所述电解质溶液的步骤中，还包括：
收集电解过程中阳极室产生的气体和阴极室产生的气体。


6.如权利要求1至5中任一项所述的高镍三元正极材料的水洗方法，其特征在于，制备高镍三元正极材料基体的步骤中，包括：
将锂源与三元材料前驱体进行混合，得到混合物；
在氧气气氛下，将所述混合物于600℃-900℃的温度下烧结10h-15...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖世豪，宋雄，李家洪，吴小珍，杨顺毅，
申请(专利权)人：贝特瑞江苏新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32