高球形高振实钠离子前驱体材料的制备方法及其反应釜技术

一种高球形高振实钠离子前驱体材料的制备方法包括配置预定浓度的可溶性镍铁锰的混合溶液配置，并用酸液将混合溶液的PH调节至3~4，通入惰性气体保护；配置预定浓度的可溶性的氨水做络合剂待用；配制预定浓度的氢氧化钠溶液做沉淀剂，其中在碱溶液中加入含碳酸根或碳酸氢根离子的金属盐待用；在反应釜中加入纯水，之后加入预定量的氨水和氢氧化钠溶液，调制成底液；开启搅拌，向反应釜内通入氮气，使反应釜内氧气排出；将配制好的镍铁锰溶液、氨水、氢氧化钠三种溶液以并流的方式加入到反应釜内，反应过程的温度保持在40~45摄氏度，pH控制在在10.0~11.5，直至生成的钠离子前驱体材料的颗粒粒径达到要求。本发明专利技术还提供一种制备前驱体材料的反应釜。驱体材料的反应釜。驱体材料的反应釜。

【技术实现步骤摘要】
高球形高振实钠离子前驱体材料的制备方法及其反应釜


[0001]本专利技术涉及钠离子电池材料
，尤其涉及一种高球形高振实钠离子前驱体材料的制备方法及其反应釜。

技术介绍

[0002]锂资源在国内相对比较稀缺，主要集中在南美、北美等地区，随着锂电行业发展迅猛，导致锂盐的价格不断攀升。因此，相比较锂元素，钠元素在地壳中金属含量排名第四，属于极为丰富的元素。同时钠元素和锂元素属于同一主族，化学性质类似，因此用钠替代锂元素得到综合性能良好的钠离子电池。
[0003]目前，制备钠离子电池正极材料前驱体主要采用高温固相烧结法、球磨法、热喷雾法，少数采用静电纺丝技术。以上技术制备出来的钠离子电池正极材料具备元素混合不均匀、颗粒易团聚、粒径分布太宽等特点。专利号为202210840589.0，名称为“一种钠离子电池用镍铁锰三元前驱体及其制备方法和应用”的中国专利技术专利公开了一种通过共沉淀的方法制备用镍铁锰三元前驱体，该方法制成的镍铁锰三元前驱体的颗粒分布均匀、球形度好，振实密度相对较高，产品质量稳定。同时，该方法通过惰性气氛或抗氧化剂防止铁盐氧化，所述惰性气氛通过通入氮气、氦气或氩气形成，所述抗氧化剂为选自维生素B、联氨、碳酰肼、异抗坏血酸中的一种或多种的组合。虽然混合液处于处于惰性气氛或抗氧化剂的环境中，但是最终的防氧化效果并不能达到预期。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，有必要提供一种抗氧化性好的高球形高振实钠离子前驱体材料的制备方法。
[0005]还有必要提供一种制备高球形高振实钠离子前驱体材料的反应釜。
[0006]一种高球形高振实钠离子前驱体材料的制备方法包括以下步骤：
[0007]步骤S1，配置预定浓度的可溶性镍铁锰的混合溶液配置，并用酸液将混合溶液的PH调节至3～4，通入惰性气体保护；配置预定浓度的可溶性的氨水做络合剂待用；配制预定浓度的氢氧化钠溶液做沉淀剂，其中在氢氧化钠溶液中加入含碳酸根或碳酸氢根离子的金属盐待用；
[0008]步骤S2，在反应釜中加入纯水，之后加入预定量的氨水和氢氧化钠溶液，调制成底液；
[0009]步骤S3，开启搅拌，向反应釜内通入氮气，使反应釜内氧气排出；
[0010]步骤S4，将配制好的镍铁锰溶液、氨水、氢氧化钠三种溶液以并流的方式加入到反应釜内，反应过程的温度保持在40～45摄氏度，pH控制在10.0～11.5，直至生成的钠离子前驱体材料的颗粒粒径达到要求。
[0011]一种制备高球形高振实钠离子前驱体材料的反应釜包括釜体、四叶螺旋桨、圆盘平叶桨，圆盘平叶桨夹在两个四叶螺旋桨之间。
[0012]有益效果：本专利技术的高球形高振实钠离子前驱体材料的制备方法在制备镍铁锰前驱体的过程中，碳酸盐和氢氧化物体系的复合物较为稳定，亚铁离子不易被氧化成三价铁离子导致单独成核，镍离子也不会被还原成单质，总体共沉淀效果较好。同时，配合本专利技术的反应釜，制备出的前驱体材料球形度和振实度都比较高。
附图说明
[0013]图1为各个实施例制备出的前驱体的效果图。
[0014]图2为本专利技术的搅拌机构的结构示意图。
[0015]图3为本专利技术的反应釜的四叶螺旋桨的俯视图。
[0016]图4为本专利技术的反应釜的圆盘平叶桨的俯视图
[0017]图5为常规的搅拌机构制备出的前驱体的效果图。
[0018]图6为本专利技术的搅拌机构制备出的前驱体的效果图。
[0019]图中：四叶螺旋桨1、圆盘平叶桨2。
具体实施方式
[0020]以下将结合实施例对本专利技术予以说明。
[0021]本专利技术的高球形高振实钠离子前驱体材料的制备方法包括以下步骤：
[0022]步骤S1，配置预定浓度的可溶性镍铁锰的混合溶液配置，并用酸液将混合溶液的PH调节至3～4，通入惰性气体保护；配置预定浓度的可溶性的氨水做络合剂待用；配制预定浓度的氢氧化钠溶液做沉淀剂，其中在氢氧化钠溶液中加入含碳酸根或碳酸氢根离子的金属盐待用；如此，在制备镍铁锰前驱体的过程中，碳酸盐和氢氧化物体系的复合物较为稳定，亚铁离子不易被氧化，同时，镍离子也不会被还原成镍单质。
[0023]在一较佳实施方式中，所述可溶性镍铁锰的混合溶液为硫酸镍、硫酸亚铁、硫酸锰或硝酸镍、硝酸亚铁、硝酸锰或氯化镍、氯化亚铁、氯化锰。所述酸液为对应的硫酸、硝酸或盐酸。
[0024]在一较佳实施方式中，所述惰性气体为氮气或氦气或氩气。
[0025]在一较佳实施方式中，所述含碳酸根或碳酸氢根离子的金属盐具体为碳酸钠、碳酸氢钠或碳酸氢铵。
[0026]优选的，所述可溶性镍铁锰的混合溶液浓度为1.5～2mol/L。
[0027]优选的，所述可溶性氨水的浓度为5～10mol/L。
[0028]优选的，所述氢氧化钠溶液的浓度为5～10mol/L。
[0029]优选的，碳酸盐占氢氧化钠溶液的质量百分数为0.5％－3％。
[0030]步骤S2，在反应釜中加入纯水，之后加入预定量的氨水和氢氧化钠溶液，调制成底液；
[0031]步骤S3，开启搅拌，向反应釜内通入氮气，使反应釜内氧气排出；
[0032]步骤S4，将配制好的镍铁锰溶液、氨水、氢氧化钠三种溶液以并流的方式加入到反应釜内，反应过程的温度保持在40～45摄氏度，pH控制在10.0～11.5，直至生成的钠离子前驱体材料的颗粒粒径达到要求。反应温度主要影响前驱体一次颗粒的结晶度，温度低，一次颗粒的结晶度低；温度高，一次颗粒的结晶度高。pH值的作用主要影响前驱体的形貌及长
速，pH过低，前驱体的生长速率大于成核速率，导致前驱体生长过快；而pH值过高，成核速率大于生长速率，导致前驱体生长缓慢。
[0033]共沉淀是指不同的氢氧化物通过包藏、混杂、吸附等方式均匀聚合在一起形成颗粒沉淀。单独成核是指脱离共沉淀而单独发展为晶核最终形成颗粒。前驱体要求氢氧化亚铁、氢氧化锰以及氢氧化镍能够以共沉淀的形式析出。亚铁离子被氧化后单独成核就会影响前驱体的生成。同样的，如果镍被还原成镍单质也会影响前驱体的生成。不同型号的前驱体在共沉淀过程中采用的具体的参数不同。
[0034]针对523和111型号的镍铁锰前驱体，即前驱体中镍铁锰的质量比为5:2:3或1:1:1，制备过程如下：
[0035]在100L反应釜中加入50L纯水，加入氨水和氢氧化钠溶液，调制成底液，底液的pH控制在12.5～12.8之间，氨浓度在0.2～0.5mol/L；
[0036]开启搅拌，控制搅拌转速在50～200r/min，向反应釜内通入氮气，使反应釜内氧气排出；
[0037]将配制好的镍铁锰溶液、氨水、氢氧化钠三种溶液以并流的方式加入到反应釜内，反应过程的温度保持在40～45摄氏度，pH控制在10.0～11.5，直至生成的钠离子前驱体材料的颗粒粒径达到要求。pH值的稳定性用氢氧化钠流量大小控制。反应过程中物料颗粒不断长大，检测产品粒径大小符合要求时，停止进料，反应结束本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高球形高振实钠离子前驱体材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1，配置预定浓度的可溶性镍铁锰的混合溶液配置，并用酸液将混合溶液的PH调节至3~4，通入惰性气体保护；配置预定浓度的可溶性的氨水做络合剂待用；配制预定浓度的氢氧化钠溶液做沉淀剂，其中在碱溶液中加入含碳酸根或碳酸氢根离子的金属盐待用；步骤S2，在反应釜中加入纯水，之后加入预定量的氨水和氢氧化钠溶液，调制成底液；步骤S3，开启搅拌，向反应釜内通入氮气，使反应釜内氧气排出；步骤S4，将配制好的镍铁锰溶液、氨水、氢氧化钠三种溶液以并流的方式加入到反应釜内，反应过程的温度保持在40~45摄氏度，pH控制在在10.0~11.5，直至生成的钠离子前驱体材料的颗粒粒径达到要求。2.如权利要求1所述的高球形高振实钠离子前驱体材料的制备方法，其特征在于：含碳酸根或碳酸氢根离子的金属盐为碳酸钠。3.如权利要求1所述的高球形高振实钠离子前驱体材料的制备方法，其特征在于：含碳酸根或碳酸氢根离子的金属盐为碳酸氢钠。4.如权利要求1所述的高球形高振实钠离子前驱体材料的制备方法，其特征在于：含碳酸根或碳酸氢根离子的金属盐为碳酸氢铵。5.如权利要求1所述的高球形高振实钠离子前驱体材料的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘飞，杨永生，孙磊，米玺学，郭淑珍，王耀玺，李鹏，刘纪迎，郭静，
申请(专利权)人：宁夏中色金辉新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：