一种高镍三元正极材料中残锂的去除方法技术

本发明专利技术涉及一种高镍三元正极材料中残锂的去除方法。该去除方法包括如下步骤：将高镍三元正极材料与(NH 4

【技术实现步骤摘要】
一种高镍三元正极材料中残锂的去除方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，更具体地，涉及一种高镍三元正极材料中残锂的去除方法。

技术介绍

[0002]锂离子三元正极材料由于其具有能量密度高，制造成本低的优势，是当下电池厂家最为推崇的正极材料之一，尤其是高镍三元正极材料，被认为是开发低成本高比能量密度锂离子电池的最佳正极材料之一。但高镍三元正极材料中残锂较高，会影响到材料的一系列性能，尤其是在制浆涂布过程中过多的残锂会加速吸水并与粘结剂及溶剂发生反应形成果冻状的凝胶，影响材料的加工性能；另外，残锂加速电解液分解，降低界面稳定性，导致材料的电性能变差；在高温高压条件下，残锂分解产出二氧化碳会使得电池容易出现胀气、爆炸等不安全问题。这些问题极大限制了高镍三元正极材料的实际应用。
[0003]目前，比较普遍的降低高镍三元正极材料残锂的方法是对高镍三元正极材料进行水洗、脱水再干燥，水洗工艺将消耗大量水资源，而且产生的废液中含大量杂质离子，主要为Li
+
、OH
‑
、CO
32
‑
、SO
42
‑
以及一些小颗粒金属离子等，必须经过处理达标后才能排放，造成加工成本的明显上升以及材料的浪费；此外，经过水洗后的高镍三元正极材料，其晶体表面结构会受到一定破坏，且晶体内部的水分比较难清除，这都会造成高镍三元正极材料性能的下降。比如名称为一种去除正极材料表面残碱的洗涤方法通过将非质子非极性溶液与水混合分散均匀得到混合液，再将三元材料加入到混合液中进行洗涤，随后经静置分层、除水、过滤、干燥得到去除表面残碱的三元材料，其中静置分层需要比较长的时间，且需要消耗的大量水资源以及产生的废水未能需要处理，造成加工成本上升；此外，除去残锂后，三元材料的颗粒表面会出现缺陷，比表也会增大，从而给三元材料的负面影响。
[0004]名称为一种锂离子电池三元材料可循环的水洗降碱方法通过将三元正极材料与去离子水按一定比例投入搅拌桶，进行搅拌洗涤，初步固液分离后，用少量去离子水冲洗滤饼，再次固液分离得到粉体材料；分离后的滤液进入循环储罐，加入酸性溶液调节pH值，所得滤液可处理下一批三元正极材料，循环处理一定次数后，将滤液导入废水处理系统，通过过滤、蒸发装置回收废水中的锂。该方法通过加入酸性溶液(包括硫酸、磷酸、盐酸、硼酸、乙酸、草酸等)来调节pH值，会使滤液中引入了比较多的杂阴离子，如SO
42
‑
、P4O
33
‑
等，从而导致杂质含量偏高，同时比较多的杂阴离子存在也会影响循环使用中三元材料中的残锂溶于水中，导致降低残锂的效果不佳。
[0005]因此，需解决现有方法降低高镍三元正极材料的残锂的效果不佳、耗水量大以及对材料的电性能有负面影响的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的首要目的是克服上述现有现有方法降低高镍三元正极材料的残锂的效果不佳、耗水量大以及对材料的电性能有负面影响的问题，提供一种高镍三元正极材料中
残锂的去除方法。该去除方法不需消耗水资源，降低了生产制造的成本，其不仅可以有效降低高镍三元正极材料的残锂含量，而且还能提升高镍三元正极材料的电性能。
[0007]本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：
[0008]一种高镍三元正极材料中残锂的去除方法，包括如下步骤：
[0009]将高镍三元正极材料与(NH4)
n
MF6混合，在温度为300～500℃以及压强为
‑
0.07～
‑
0.09MPa的条件下反应4～8小时，即完成高镍三元正极材料中残锂的去除；
[0010]所述高镍三元正极材料与(NH4)
n
MF6的质量比为100：(0.1～0.5)；
[0011]其中，M为Ti、Mg、Sb、Nb、V或Y，n为3或4。
[0012]本专利技术的专利技术人通过多次研究发现，将高镍三元正极材料与(NH4)
n
MF6混合并在特定的反应条件下进行反应，可以有效去除高镍三元正极材料中的残锂，材料的加工性能也得到提高，且得到高镍三元正极材料的电性能(放电首效和放电比容量)相对去除残锂前的高镍三元正极材料不仅没有降低，而且有一定程度的提升。其原因是：在特定的温度和压强下，(NH4)
n
MF6可与高镍三元正极材料颗粒表面的残锂(包括碳酸锂和氢氧化锂)发生反应，NH
4+
可与OH
‑
和CO
32
‑
结合生成NH3·
H2O和(NH4)2CO3，而NH3H2O和(NH4)2CO3再进一步分解为NH3、CO2和H2O，从而实现残锂的有效去除；而(NH4)
n
MF6中的MF
6n
‑
能与残锂的Li
+
反应生成化合物Li
n
MF6,Li
n
MF6具有良好的导电性，一方面可以提高材料的导电性，另一方面其生成之后可填充在高镍三元正极材料的晶界间以及颗粒的表面，对高镍三元正极材料的颗粒表面缺陷进行有效修饰，从而提升高镍三元正极材料的电性能。
[0013]此外，本专利技术的去除方法不需消耗水资源，不会产生废水，不仅有效降低了企业的生产成本，而且符合绿色环保的发展理念。
[0014]即本专利技术的去除方法不需消耗水资源，降低了生产制造的成本，其不仅可以有效降低高镍三元正极材料的残锂含量，而且还能提升高镍三元正极材料的电性能。
[0015]本专利技术的去除方法适用于本领域常用的高镍三元正极材料。
[0016]优选地，所述高镍三元正极材料为LiNi
x
Co
y
Mn1‑
x
‑
y
O2或LiNi
x
Co
y
Al1‑
x
‑
y
O2，其中0.80≤x＜1，0＜y≤0.20。
[0017]优选地，所述(NH4)
n
MF6为(NH4)3VF6、(NH4)4MgF6、(NH4)3SbF6、(NH4)3NbF6、(NH4)4TiF6、或(NH4)3YF6。
[0018]更为优选地，所述(NH4)
n
MF6为(NH4)3VF6或(NH4)3YF6中的一种或两种。
[0019]优选地，所述混合在混料机中进行。
[0020]更为优选地，所述混料机的转速为300～500转/分钟。
[0021]优选地，所述混合的时间为10～30min。
[0022]优选地，所述反应在犁刀干燥机中进行。
[0023]更为优选地，所述犁刀干燥机与废弃处理装置连通，所述废弃处理装置用于收集反应过程中产生的气体。
[0024]通过与废弃处理装置连通，可以将反应过程中产生的NH3、CO2气体进行收集处理，避免对环境产生污染。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高镍三元正极材料中残锂的去除方法，其特征在于，包括如下步骤：将高镍三元正极材料与(NH4)
n
MF6混合，在温度为300～500℃以及压强为
‑
0.07～
‑
0.09MPa的条件下反应4～8小时，即完成高镍三元正极材料中残锂的去除；所述高镍三元正极材料与(NH4)
n
MF6的质量比为100：(0.1～0.5)；其中，M为Ti、Mg、Sb、Nb、V或Y，n为3或4。2.根据权利要求1所述去除方法，其特征在于，所述高镍三元正极材料为LiNi
x
Co
y
Mn1‑
x
‑
y
O2或LiNi
x
Co
y
Al1‑
x
‑
y
O2，其中0.80≤x＜1，0＜y≤0.20。3.根据权利要求1所述去除...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄宏威，张军，李洪伟，
申请(专利权)人：韶关东阳光科技研发有限公司，
类型：发明
国别省市：