一种利用萃取技术制备锂电池三元前驱体的方法技术

本发明专利技术涉及新能源材料技术领域，具体涉及一种利用萃取技术制备锂电池三元前驱体的方法。包括以下主要步骤：使用萃取有机相萃取料液中的镍、钴和锰离子，获得负载有机相；用特定反萃水相来反萃该负载有机相，控制好反萃条件，使镍、钴、锰的反萃过程与前驱体结晶过程同步进行，前驱体形核与生长被限制在反萃过程中形成的超细液滴内，实现对晶粒粒径的有效控制和三种元素在原子水平上的均匀混合，进而获得超细镍钴锰三元前驱体。本技术方案融合萃取与超细粉体制备等技术特点，解决了现有技术中的制备方法过程复杂且成本较高的技术问题。本方案在实际生产中便于操作控制，非常适合大规模工业生产，具有产品质量稳定、生产效率高、成本低等优点。低等优点。低等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种利用萃取技术制备锂电池三元前驱体的方法


[0001]本专利技术涉及新能源材料
，具体涉及一种利用萃取技术制备锂电池三元前驱体的方法。

技术介绍

[0002]随着新能源电池的广泛应用，市场对新能源材料的需求迅速增加，在目前新能源动力电池中，三元锂电池占有重要地位。三元正极材料质量对锂电池性能有重要影响，而三元正极材料质量很大程度上取决于三元前驱体的性质，前驱体的形貌、成分均匀度、粒径、比表面积、杂质含量等特性对三元正极材料的性能有很大影响。
[0003]目前，三元正极材料前驱体的制备方法主要是液相共沉淀法，其工艺大致如下：先配制符合要求的三元金属离子溶液，然后向该溶液中加入络合剂、沉淀剂，在控制好pH值等条件下使镍、钴、锰金属离子形成氢氧化物沉淀或碳酸盐沉淀而获得三元前驱体。尽管共沉淀法工艺较成熟，但该法存在一些缺点和不足，比如该法存在生产周期较长、产品粒度不易控制，粒度分布范围较宽，晶粒形貌、成分均匀度等在生产上都较难精确控制，要获得质量较好的前驱体，需要额外增加很多控制过程，因而该法生产过程较复杂，成本较高，生产效率较低，同时该法废水量大，环保压力大。

技术实现思路

[0004]本专利技术意在提供一种利用萃取技术制备锂电池三元前驱体的方法，以解决现有技术中的制备方法过程复杂且成本较高的技术问题。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种利用萃取技术制备锂电池三元前驱体的方法，包括以下依次进行的步骤：
[0007]S1萃取：使用萃取有机相萃取料液中的镍、钴和锰离子，获得负载有机相；或者使用萃取有机相分别萃取料液A中的镍离子、料液B中的钴离子和料液C中的锰离子，然后合并有机相，获得负载有机相；
[0008]S2反萃：将反萃水相与负载有机相混合，实现镍、钴和锰离子从负载有机相到水相转移并同时进行结晶过程，再经相分离，获得镍钴锰三元前驱体。
[0009]本方案的原理及优点是：本方案首先用萃取剂萃取含镍、钴、锰溶液，进行相分离后获得含特定质量分数的镍、钴、锰负载有机相，将此负载有机相与反萃水相充分混合，控制反萃条件使镍钴锰的反萃过程与前驱体结晶过程同步进行，前驱体晶核形成与生长被限制在反萃过程中形成的超细液滴内，实现对晶粒粒径的有效控制和三种元素在原子水平上的均匀混合。反萃过程结束后进行相分离和离心分离，获得粒径符合预期的三元前驱体固体，该前驱体固体经洗涤和干燥，最终获得高纯、超细的镍钴锰三元前驱体粉体。
[0010]本方案提供了一种高效、环保、低成本的锂电池三元前驱体制备方法，以适应当前新能源电池发展需要。本技术融合萃取分离与超细粉体制备等技术特点，通过控制萃取与反萃条件，使三元前驱体的结晶过程与反萃过程同步进行，前驱体晶核生长被限制在反萃
过程中形成的超细液滴内，实现对前驱体晶粒直径的有效调控和三种元素在原子水平上的均匀混合，所获三元前驱体具有杂质含量低、成分均匀、粒度细而且可控性好、粒径分布范围窄、产品结晶度和形貌较好等特点。恰当控制工艺条件，可分别获得微米级、亚微米级甚至纳米级的三元前驱体粉体。本方案兼具萃取分离技术与液相沉淀法的优点，同时克服了传统液相沉淀法存在的不足，本工艺在实际生产中便于操作控制，非常适合大规模工业生产，具有产品质量稳定、生产效率高、成本低等优点。
[0011]综上，本方案的有益效果在于：
[0012]1)通过萃取与反萃过程，可以直接获得高纯超细前驱体固体颗粒，生产流程短，周期短，效率高。
[0013]2)产品粒径及粒径分布容易控制。三元前驱体的结晶过程是在反萃过程中同步完成，通过控制萃取与反萃条件，可使反萃水相被破碎为无数独立的、分散的细小液滴，各液滴间的传质作用大大减弱，前驱体晶粒生长被限制在超细液滴(反萃水相)内，从而实现对前驱体晶粒直径的有效控制，产品粒度可根据需要调整达到微米级、亚微米级甚至纳米级，而且粒径分布范围窄。
[0014]3)产品形貌和结晶度较好，控制合适的反萃剂浓度、反萃相比(有机相与反萃水相的体积比)和负载有机相金属离子浓度等条件，可获得球型或类球型，且结晶度较好的前驱体颗粒。
[0015]4)成分均匀，由于在反萃过程中，镍、钴、锰同时被反萃出来并在有限的液滴内完成晶核产生与生长，有利于实现接近原子水平上的均匀混合。
[0016]5)有助于改善前驱体的烧结性能。超细颗粒前驱体具有更大的比表面积和小尺寸界面效应，有利于改善前驱体的烧结性能，获得高质量的正极材料。
[0017]6)废液量少，生产中有机相、反萃液、萃余液和洗水可循环使用，环保压力小，成本低。
[0018]7)有利于实现工业化生产，本专利技术所用设备与常规萃取设备基本相同，仅需增加少量设备和调整某些操作参数，各项指标容易控制，产品质量波动小，非常有利于工业化生产。
[0019]进一步，还包括S3后处理：镍钴锰三元前驱体经洗涤和干燥处理，获得镍钴锰三元前驱体超细粉体。通过洗涤和干燥除去杂质和水分，获得干粉状的产品。
[0020]进一步，在S1中，萃取有机相由萃取剂、改质剂和稀释剂组成；所述萃取剂为酸性磷酸酯，浓度为5
‑
40vol％；所述改质剂的浓度为0
‑
15vol％。改质剂的加入保证了后续加入反萃剂时，不会出现第三相，便于实现三元前驱体的连续生产操作。
[0021]进一步，所述酸性磷酸酯包括磷酸二异辛酯、2
‑
乙基己基磷酸单2
‑
乙基己酯、P507和P204中的至少一种；所述改质剂包括TBP、异三十醇、异癸醇和异辛醇中的至少一种；所述稀释剂为煤油。上述酸性磷酸酯可实现对镍、钴和锰三种元素的有效萃取，并且上述改质剂的使用可以改善相分离和产业化生产的可操作性。
[0022]进一步，在S1中，所述料液中，镍、钴和锰的总浓度为3
‑
40g/L；所述萃取为单级或者多级萃取；在负载有机相中，镍、钴和锰的总浓度为3
‑
25g/L。负载有机相中总离子浓度对三元前驱体颗粒形貌、粒径和反萃率都有较大影响，因此想要获得性能理想的三元前驱体，需要将负载有机相中总离子浓度控制在一定的水平。
[0023]进一步，在S1中，萃取有机相与料液的体积比为1:1
‑
3:1，所述萃取的平衡pH为4.0
‑
6.5。萃取平衡pH值的选取对于三元前驱体中的成分组成非常关键。能够通过控制投料比来实现对产物中的三种金属元素组成的控制，这是本工艺能够进行产业化生产的关键。将萃取平衡pH值控制在合适范围，可保证投料比和成品中三种金属元素的比例一致，并便于控制杂质含量，解决了工业化生产中难以控制成品中元素比例的技术问题。
[0024]进一步，在S2中，反萃水相由反萃剂、表面活性剂和水组成；所述反萃剂的浓度为10
‑
200g/L；表面活性剂为醇或者酯，浓度为300
‑
400ppm或者0.4
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用萃取技术制备锂电池三元前驱体的方法，其特征在于，包括以下依次进行的步骤：S1萃取：使用萃取有机相萃取料液中的镍、钴和锰离子，获得负载有机相；或者使用萃取有机相分别萃取料液A中的镍离子、料液B中的钴离子和料液C中的锰离子，然后合并有机相，获得负载有机相；S2反萃：将反萃水相与负载有机相混合，实现镍、钴和锰离子从负载有机相到水相转移并同时进行结晶过程，再经相分离，获得镍钴锰三元前驱体。2.根据权利要求1所述的一种利用萃取技术制备锂电池三元前驱体的方法，其特征在于，还包括S3后处理：镍钴锰三元前驱体经洗涤和干燥处理，获得镍钴锰三元前驱体超细粉体。3.根据权利要求1所述的一种利用萃取技术制备锂电池三元前驱体的方法，其特征在于，在S1中，萃取有机相由萃取剂、改质剂和稀释剂组成；所述萃取剂为酸性磷酸酯，浓度为5
‑
40vol％；所述改质剂的浓度为0
‑
15vol％。4.根据权利要求3所述的一种利用萃取技术制备锂电池三元前驱体的方法，其特征在于，所述酸性磷酸酯包括磷酸二异辛酯、2
‑
乙基己基磷酸单2
‑
乙基己酯、P507和P204中的至少一种；所述改质剂包括TBP、异三十醇、异癸醇和异辛醇中的至少一种；所述稀释剂为煤油。5.根据权利要求4所述的一种利用萃取技术制备锂电池三元前驱体的方法，其特征在于，在S1中，所述料液中，镍、钴和锰的总浓度为3
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王朝华，邹潜，徐志刚，杨世容，王永茜，汪世川，石天宝，刘进，
申请(专利权)人：重庆康普化学工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：