一种硫酸盐体系锂离子电池正极材料前驱体降低硫含量的方法技术

本发明专利技术提供了一种硫酸盐体系锂离子电池正极材料前驱体降低硫含量的方法，首先将含镍钴锰的盐溶液、沉淀剂和络合剂加入到反应釜中进行反应，然后抽出反应釜中的母液并去除硫酸钠，将去除硫酸钠的母液再重新加入到反应釜中进行反应，待反应结束后，最后经后处理制得低硫前驱体。本发明专利技术所述的降低硫含量的方法简单，同时在置换过程中能使反应体系维持平衡，有效避免对前驱体的形貌产生不利影响，用本发明专利技术方法制得的前驱体具有较低的硫含量和较高的振实密度，且前驱体颗粒球形度较好，粒径均一。一。

【技术实现步骤摘要】
一种硫酸盐体系锂离子电池正极材料前驱体降低硫含量的方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池领域，具体涉及锂离子电池正极材料中硫酸盐体系的前驱体及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着全球经济的不断发展，传统不可再生资源消耗严重，目前国家对能源的使用提出了更高的要求，不但要求提高能源使用效率，而且要达到节能减排。因此，对新能源领域的应用已经提升到了国家战略层面。锂离子电池作为目前综合性能最好的二次蓄电池，由于比能量高、循环寿命长、安全性好等特点，广泛应用于3C产品、电动汽车、电动自行车、储能等多个领域。
[0003]正极材料作为锂离子电池的关键材料，很大程度上决定了电池的性能。常见的锂离子电池材料有钴酸锂、锰酸锂、硫酸铁锂及三元材料。三元材料具有能量密度高、循环及安全性能等优势，成锂离子电池行业的主流产品。
[0004]三元前驱体是锂离子电池材料正极性能最关键的材料，前驱体的优劣直接影响正极材料的性能。目前三元前驱体以硫酸盐为主要金属原料，采用共沉淀法，将镍盐、钴盐、锰盐按一定比例配成盐溶液，在沉淀剂和络合剂的作用下形成金属氢氧化物体系或金属碳酸盐体系前驱体，通过洗涤过滤烘干等工艺得到合格的产品。在共沉淀反应过程中硫酸根主要以硫酸钠的形式存在于母液中。大量的硫酸根会吸附在晶体的表面或内部，降低硫含量需要用纯水洗涤。存留在晶体内部的部分硫酸根就会成为正极材料中的杂质，影响正极材料的容量及循坏性能，致使电池的整体性能下降。如何降低前驱体产品中的硫含量，成为三元前驱体亟需解决的问题。
[0005]中国专利CN 110817975 A公开一种在共沉淀反应过程中通过采用纯水置换母液的方法，降低前驱体中硫酸根的含量。该方法可以相对降低前驱体中的硫酸根含量，但采用纯水置换母液，会导致母液中的氨、金属氨络合离子、氢氧根浓度的剧烈变化，会破坏反应釜内共沉淀反应体系的化学平衡，对前驱体颗粒的结晶及生长产生恶劣影响。因此需要在降低三元前驱体中的硫含量同时又保持原有共沉淀反应体系的平衡，以促进前驱体颗粒的结晶与生长。

技术实现思路

[0006]基于上述技术背景，本专利技术人进行了锐意进取，结果发现：采用去硫酸钠母液代替纯水置换反应釜中的母液，不但可以减少纯水的用量，还可以在置换过程中使体系维持平衡，避免对制得前驱体的形貌产生不利影响，用本专利技术方法制得的前驱体具有较高的振实密度和较低的硫含量，同时其还具有球形度好、粒径均一等优点。
[0007]本专利技术的一方面在于提供一种硫酸盐体系锂离子电池正极材料前驱体降低硫含量的方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1、将金属盐溶液、沉淀剂和络合剂加入到反应釜中进行反应；
[0009]步骤2、抽出反应釜中的母液后去除硫酸钠，将去除硫酸钠的母液再加入反应釜中进行反应；
[0010]步骤3、待反应结束，进行后处理。
[0011]本专利技术的第二方面在于提供一种根据本专利技术第一方面所述制备方法制得的低硫含量的硫酸盐体系锂离子电池正极材料前驱体。
[0012]本专利技术提供的硫酸盐体系锂离子电池正极材料前驱体降低硫含量的方法及由此制备的低硫含量的前驱体具有以下优势：
[0013](1)本专利技术所述的降低硫含量的方法简单，该方法可大幅度的降低制得三元前驱体的硫含量；
[0014](2)本专利技术所述的降低硫含量的方法制得的三元前驱体具有较低的硫含量、较高的振实密度，其颗粒球形度较好、粒径均一。
附图说明
[0015]图1示出本专利技术实施例1制得低硫前驱体的扫描电镜照片；
[0016]图2示出本专利技术实施例1制得低硫前驱体扫描电镜照片的放大图。
具体实施方式
[0017]下面将对本专利技术进行详细说明，本专利技术的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
[0018]本专利技术的第一方面在于提供一种硫酸盐体系锂离子电池正极材料前驱体降低硫含量的方法，所述方法包括以下步骤：
[0019]步骤1、将金属盐溶液、沉淀剂和络合剂加入到反应釜中进行反应；
[0020]步骤2、抽出反应釜中的母液后去除硫酸钠，将去除硫酸钠的母液再加入反应釜中进行反应；
[0021]步骤3、待反应结束，进行后处理。
[0022]以下对该步骤进行具体描述和说明。
[0023]步骤1、将金属盐溶液、沉淀剂和络合剂加入到反应釜中进行反应。
[0024]在本专利技术步骤1中，将含镍硫酸盐、含锰硫酸盐和含钴硫酸盐溶于水中制得金属盐溶液。所述金属盐溶液的浓度为0.5～10mol/L，优选浓度为1～5mol/L，更优选浓度为2～3mol/L。
[0025]上述金属盐溶液的浓度会影响最终制得前驱体颗粒的形貌和粒径分布，选用上述浓度的盐溶液制得的前驱体球形度更好，粒径更均一。
[0026]金属盐溶液中镍元素、钴元素和锰元素的摩尔比为(0～20)：(0～5):1，优选摩尔比为(0.5～15)：(1～2)：1，更优选摩尔比为(1～10):1:1。
[0027]所述金属盐溶液、沉淀剂和络合剂的添加方式优选为连续添加。金属盐溶液、沉淀剂和络合剂的进料速度比为(0.5～5):1:1，优选进料速度比为(1～3):1:1，更优选进料速度比为(1～2):1:1。
[0028]以5L反应釜为例，金属盐溶液的进料速度为1～30ml/min，优选为5～20ml/min，更
优选为10ml/min。
[0029]沉淀剂的进料速度为1～20ml/min，优选为3～15ml/min，更优选为5ml/min。
[0030]络合剂的进料速度为1～20ml/min，优选为3～15ml/min，更优选为5ml/min。
[0031]本专利技术所述络合剂选自单乙醇胺、二乙醇胺、二乙烯三胺五羧酸盐、氨水、聚丙烯酸、水解聚马来酸酐和碳酸氢铵中的一种或几种，优选选自二乙醇胺、氨水、聚丙烯酸和碳酸氢铵中的一种或几种，更优选选自氨水和碳酸氢铵中的一种或两种。
[0032]所述沉淀剂优选为氢氧化钠。
[0033]所述金属盐溶液和络合剂的摩尔比为0.25～4，优选为0.25～2，更优选为0.5～1。
[0034]络合剂的主要作用为络合金属离子，达到控制游离金属离子的目的，降低体系过饱和系数，从而控制颗粒的生长速度和形貌。络合剂的添加量过少，制得的前驱体颗粒形貌较差，络合剂用量过多，反应体系中被络合的镍钴等金属离子太多，会造成反应不完全。经试验发现，络合物的用量为上述范围时，制得的前驱体的球形度良好，且粒径均一。
[0035]所述反应温度为30～100℃，优选地，反应温度为40～80℃，更优选地，反应温度为45～55℃。
[0036]反应温度高有利于提高反应速率，但温度过高会造成前驱体氧化，反而不利于生成形貌良好的前驱体。
[0037]该反应在保护气氛中进行，所述保护气氛优选为氮气。
[0038]在本专利技术步骤1中，所述反应体系的pH控制在10.5～13，优选为11～12.5，更本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硫酸盐体系锂离子电池正极材料前驱体降低硫含量的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1、将金属盐溶液、沉淀剂和络合剂加入到反应釜中进行反应；步骤2、抽出反应釜中的母液后去除硫酸钠，将去除硫酸钠的母液再加入反应釜中进行反应；步骤3、待反应结束，进行后处理。2.根据权利要求1所述的降低硫含量的方法，其特征在于，步骤1中，金属盐溶液的浓度为0.5～10mol/L；加入方式优选为连续加入，金属盐溶液、沉淀剂和络合剂的进料速度比为(0.5～5):1:1。3.根据权利要求1所述的降低硫含量的方法，其特征在于，步骤1中，所述络合剂选自单乙醇胺、二乙醇胺、二乙烯三胺五羧酸盐、氨水、聚丙烯酸、水解聚马来酸酐和碳酸氢铵中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的降低硫含量的方法，其特征在于，步骤1中，所述反应温度为30～100℃，反应体系的pH为10.5～13；该反应在搅拌下进行，搅拌速度为200～800rpm。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘飞，陈勃涛，张林，王孝钶，朱卫泉，
申请(专利权)人：中信国安盟固利电源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：