一种三元正极材料前驱体的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种三元正极材料前驱体的制备方法，利用顺次连通形成悬浮液回路的反应釜、循环泵以及动态分离装置，有效的提高了反应效率和产品的均一性。该方法包括如下步骤：配置金属盐混合溶液、沉淀剂溶液以及络合剂溶液，并流加入到反应釜中；控制反应釜内反应温度为20～95℃，pH值为10～13，氨浓度为5～12g/L进行反应；反应釜达到设定液位之后，将其中的悬浮液通过循环泵输送至动态分离装置中进行固液分离，分离出的母液清液收集至母液排出罐，浓缩后的浆料返回至反应釜中继续进行反应，直至反应釜中的固体物料满足规定的物化特性时停止进料，将物料卸至成品料储罐进入后续的处理工序。的处理工序。的处理工序。

【技术实现步骤摘要】
一种三元正极材料前驱体的制备方法


[0001]本专利技术属于材料制备领域，具体涉及一种电池三元正极材料前驱体的制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有工作电压高、循环寿命长、质量轻、自放电少、无记忆效应与性价比高等优点，目前已大规模地应用于消费类电子产品及新能源汽车等领域。与锂离子电池相比，钠离子电池的能量密度与电压相对较低，可用于对体积与便携性没有较高要求的情况，并能充分发挥钠含量多、成本低的优点，现已成为研究的热点，有望成为一种替代锂离子电池的廉价途径。其中正极材料是锂/钠离子电池核心部分之一，决定着锂/钠离子电池的性能。锂/钠离子电池的三元正极材料保留了二元材料的优点，同时可以发挥三种过渡金属元素的协同效应，进一步提高电池的综合性能。目前具有高能量密度的三元正极材料已广泛应用于移动电源、电动自行车等领域，并成为提高电动汽车续航里程的首选。
[0003]三元正极材料的前驱体通常可以利用相应的金属盐溶液与碱溶液通过共沉淀的反应结晶，再经过滤分离、洗涤纯化、烘干等过程制得。现有制备工艺过程存在的主要问题是：制得的前驱体粒度分布不均匀且平均粒径过小。解决此问题的主要措施是减少沉淀反应系统中晶核的数量，使得晶核的生成速率相较于晶体的长大速率降低，同时通过循环流加强搅拌等措施促进颗粒在流体中的均匀分布以及液体物料浓度和温度在反应系统中的均匀分布。在实际生产过程中，通常在反应釜体外设置提固器进行清母液的分离，分离出的母液含有数目较多但质量总量较少的晶核，反应系统的晶核表观生成速率等于晶核的反应生成速率与清液造成的晶核排出速率之差。分离出的固体颗粒物再返回反应釜，大的颗粒晶体继续生长；微细的晶体颗粒可以作为新生成固体的晶种，从而可以避免过饱和条件下大量晶核的爆发式形成。
[0004]常用的提固器有沉降槽和浓密机两种形式，其中无法将浆料提浓至较高固含量，一般不超过20％，限制了晶核的排出流率；浓密机通过滤棒过滤形式来实现浆料的固液分离，虽然过滤面积和效率较高，但是易形成滤饼，滤饼内的颗粒不能与饱和液体充分接触，影响了过滤期间颗粒的生长及反应系统总的颗粒均匀度,另外,一般浓密机体积相对较大,使得固体物料在体外的停留时间较长,从而也影响了物料的反应及产物的均一性。外置式提固器分离增加了工艺流程、操作的复杂度及生产成本，且反应效率低。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在针对上述现有技术中的不足，提供了一种三元正极材料前驱体的制备方法，利用顺次连通形成悬浮液回路的反应釜、循环泵以及动态分离装置，有效的提高了反应效率和产品的均一性。
[0006]所采用的技术方案如下：
[0007]一种三元正极材料前驱体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0008]步骤S1：分别配制金属盐混合溶液、沉淀剂溶液以及络合剂溶液，并通过多个原料
进口并流加入到反应釜中；
[0009]步骤S2：控制反应釜内的反应温度、pH值以及氨浓度，并通过搅拌装置持续搅拌进行反应；
[0010]步骤S3：待反应釜中的液位到达设定值时，开启连通至反应釜的循环泵，将反应釜中的悬浮液输送至动态分离装置中进行固液分离，所述反应釜、循环泵以及动态分离装置顺次连通形成悬浮液回路，分离出的母液清液收集至母液排出罐，浓缩后的浆料返回至反应釜中继续进行反应；
[0011]步骤S4：持续动态分离和循环反应直至反应釜中的固体物料满足规定的物化特性时，停止进料，反应结束，反应釜中的物料通过底部的成品料出口卸料至成品料储罐，进入后续的处理工序。所述固体物料的物化特性包括反应产物的粒径、振实密度、比表面积等。
[0012]作为优选的，所述金属盐混合溶液为镍钴锰的硫酸盐、硝酸盐、氯盐和醋酸盐中的一种或多种；所述沉淀剂溶液为NaOH、KOH、LiOH、碳酸钠和碳酸氢钠中的至少一种；所述络合剂溶液为氨水、碳酸氢铵、硫酸铵及柠檬酸合EDTA中的至少一种。
[0013]作为优选的，所述金属盐混合溶液中金属总离子浓度为1.0～6.0mol/L；所述沉淀剂溶液的浓度为1.0～10.0mol/L；所述络合剂溶液的浓度为1.0～12.0mol/L。
[0014]作为优选的，所述金属盐混合溶液进料流量与所述沉淀剂溶液进料流量与所述络合剂溶液进料流量的比值为(5
‑
12):(2
‑
4):1。
[0015]作为优选的，所述反应釜内的反应温度为20～95℃，pH值为10～13，氨浓度为5～12g/L，固含量为0～1000g/L；所述反应釜中搅拌装置的搅拌速度为0～1000r/min。
[0016]作为优选的，所述动态分离装置包括一壳体及内置的至少一组动态膜组件，所述动态膜组件包括多个间隔设置且可使液体穿透表面渗入内腔的中空膜片及依次贯穿连接各膜片且可被驱动装置驱动并转动连接在所述壳体上的中空转轴，各所述膜片与所述中空转轴连通，相邻两个膜片之间设有用以加强悬浮液紊流现象的扰流件；所述中空转轴开设至少一清液出口，所述清液出口连通至母液排出罐。
[0017]作为优选的，所述清液出口与所述母液排出罐之间连接有缓冲罐和清液视镜；所述缓冲罐上开设与反冲气源相连通的气源入口，用于对动态膜组件进行反冲洗；所述壳体侧面开设与清洗源连通的清洗液进口，用于对动态膜组件进行清洗，清洗废液通过所述壳体底侧的废水排尽口排出。
[0018]所述步骤S3具体包括：当反应釜中的液位达设定值时，循环泵启动，通过循环泵出口阀门调节动态分离装置膜组件的压差，动态分离装置的母液清液排出量与反应釜的进料流量一致，反应釜中保持恒液位运行，通过电机驱动中空转轴带动膜片的旋转进行固液分离，反应的母液清液经膜片汇集，通过中空转轴排出至母液排出罐，浓缩后的固体颗粒物在扰流件和旋转膜片的共同作用下，均匀悬浮分布在动态分离装置中，并通过浓液管回流至反应釜中继续进行反应，当动态膜组件的通量下降至设定值时，进行反冲洗和/或清洗。
[0019]作为优选的，所述分离装置膜组件的压差为0.5～5.0bar，膜组件的转速为0～1500r/min。
[0020]作为优选的，所述动态分离装置的母液清液排出流量为0～3000L/h；所述动态分离装置内的温度控制为0～150℃。
[0021]作为优选的，所述膜片为中空圆盘状结构，膜片直径为50～2000mm，膜片的膜孔直
径为5nm～30μm；所述中空转轴为空心柱状结构，外径为10～400mm，壁厚为2～25mm。
[0022]作为优选的，所述动态分离装置的容积为所述反应釜容积的0.02～0.5倍。
[0023]本专利技术采用以上技术方案至少具有如下的有益效果：
[0024]1)本专利技术的制备方法，利用顺次连通形成悬浮液回路的反应釜、循环泵以及动态分离装置，相较于传统的静置、排母液的方法，本专利技术能够实现连续反应和分离，分离效率高，明显的缩短每批次物料的生产时间；
[0025]2)本专利技术通过一体转动装设于动态分离装置壳体内的动态膜组件，实现错流效本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三元正极材料前驱体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：分别配制金属盐混合溶液、沉淀剂溶液以及络合剂溶液，并通过多个原料进口并流加入到反应釜中；步骤S2：控制反应釜内的反应温度、pH值以及氨浓度，并通过搅拌装置持续搅拌进行反应；步骤S3：待反应釜中的液位到达设定值时，开启连通至反应釜的循环泵，将反应釜中的悬浮液输送至动态分离装置中进行固液分离，所述反应釜、循环泵以及动态分离装置顺次连通形成悬浮液回路，分离出的母液清液收集至母液排出罐，浓缩后的浆料返回至反应釜中继续进行反应；步骤S4：持续动态分离和循环反应直至反应釜中的固体物料满足规定的物化特性时，停止进料，反应结束，反应釜中的物料通过底部的成品料出口卸料至成品料储罐，进入后续的处理工序。2.根据权利要求1所述的一种三元正极材料前驱体的制备方法，其特征在于，步骤S1中：所述金属盐混合溶液为镍钴锰的硫酸盐、硝酸盐、氯盐和醋酸盐中的一种或多种；所述沉淀剂溶液为NaOH、KOH、LiOH、碳酸钠和碳酸氢钠中的至少一种；所述络合剂溶液为氨水、碳酸氢铵、硫酸铵及柠檬酸合EDTA中的至少一种。3.根据权利要求1所述的一种三元正极材料前驱体的制备方法，其特征在于，步骤S1中：所述金属盐混合溶液中金属总离子浓度为1.0～6.0mol/L；所述沉淀剂溶液的浓度为1.0～10.0mol/L；所述络合剂溶液的浓度为1.0～12.0mol/L。4.根据权利要求1所述的一种三元正极材料前驱体的制备方法，其特征在于，步骤S1中：所述金属盐混合溶液进料流量与所述沉淀剂溶液进料流量与所述络合剂溶液进料流量的比值为(5
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12):(2
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4):1。5.根据权利要求1所述的一种三元正极材料前驱体的制备方法，其特征在于，步骤S2中：所述反应釜内的反应温度为20～95℃，pH值为10～13，氨浓度为5～12g/L，固含量为0～1000g/L；所述反应釜中搅拌装置的搅拌速度为0～1000r/min。6.根据权利要求1所述的一种三元正极材料前驱体的制备方法，其特征在于，步骤S3中：所述动态分离装置包括一壳体及内置的至少一组动态膜组件，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨积志，李海波，夏辉鹏，黄磊，
申请(专利权)人：上海安赐环保科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：