一种全链条一体化低碳生产正极材料的方法技术

本公开提供了一种全链条一体化低碳生产正极材料的方法，所述方法包括以下步骤：(1)通过共沉淀法制备三元前驱体，收集第一废气，对所述前驱体进行预氧化处理得到氧化前驱体；(2)将氧化前驱体和碳酸锂混合进行一段烧结，收集第二废气，通入含氧气体进行二段烧结，得到三元正极材料；(3)将磷源、铁源和锂源混合得到磷酸铁锂前驱体，将磷酸铁锂前驱体和碳源混合，通入第二废气，进行煅烧处理，得到磷酸铁锂正极材料，第二废气用第一废气溶液吸收得到碳酸铵溶液。本公开通过改变三元材料的氧化方式，能够使得三元材料和磷酸铁锂材料的两种制备工艺相互协同，通过控制条件实现了两种气氛的分离和回用，从而达到节能降碳的目的。从而达到节能降碳的目的。从而达到节能降碳的目的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种全链条一体化低碳生产正极材料的方法


[0001]本公开属于锂离子电池
，涉及一种全链条一体化低碳生产正极材料的方法。

技术介绍

[0002]随着化石能源的日益枯竭，新能源发展势在必行。锂离子电池因其具有的高密度、良好稳定性和环境友好的特点得到人们的广泛关注，尤其是在新能源汽车领域，锂离子电池的开发研究十分地重要，其核心在于锂离子电池正极材料的研究。
[0003]层状镍钴锰三元正极材料，结合了镍酸锂、钴酸锂和锰酸锂三者的优点，具有稳定的结构、高的容量和良好的循环稳定性，是一种十分具有发展前景的正极材料。
[0004]CN104393278A公开了一种镍钴锰酸锂三元正极材料的制备方法，通过共沉淀的法制得氢氧化镍钴锰沉淀，随后洗涤抽滤干燥得到前驱体，再将其与碳酸锂混合，置于高温炉中烧结得到镍钴锰三元正极材料。
[0005]CN108128814A公开了一种三元正极材料前驱体的制备方法，通过针对性调整共沉淀反应过程中反应物的添加时间、添加量和反应条件，使制备得到的三元正极材料前驱体颗粒大小更均匀，粒径分布更窄。
[0006]在上述方案的共沉淀法合成过程中，通常采用氨水作为络合剂，会产生氨气的逸散。此外，在烧结过程中多采用碳酸锂为原料，会产生大量二氧化碳和氧气的混合尾气，通常是除尘后直接排放，难以进行利用，这使得镍钴锰酸锂生产工艺流程碳排较高，不利于我国双碳目标的达成。

技术实现思路

[0007]以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
[0008]本公开的目的在于提供一种全链条一体化低碳生产正极材料的方法，本公开通过改变三元材料的氧化方式，能够使得三元材料和磷酸铁锂材料的两种制备工艺相互协同，通过控制条件实现了两种气氛的分离和回用，从而达到节能降碳的目的。
[0009]为达到此公开目的，本公开采用以下技术方案：
[0010]第一方面，本公开实施例提供了一种全链条一体化低碳生产正极材料的方法，所述方法包括以下步骤：
[0011](1)通过共沉淀法制备三元前驱体，收集第一废气，对所述前驱体进行预氧化处理得到氧化前驱体；
[0012](2)将所述氧化前驱体和碳酸锂混合进行一段烧结处理，收集第二废气，通入含氧气体进行二段烧结处理，得到三元正极材料；
[0013](3)将磷源、铁源和锂源湿法混合得到磷酸铁锂前驱体，将所述磷酸铁锂前驱体和碳源混合，通入第二废气作为保护气，进行煅烧处理，得到磷酸铁锂正极材料，反应后的第
二废气用第一废气的溶液进行吸收得到碳酸铵溶液。
[0014]本公开实施例所述预氧化工艺，可使得Li/Ni混排降低，提高材料循环稳定性。若采用无氧煅烧，则三元前驱体中Ni
2+
仍处于+2价，+2价的Ni
2+
会与进入晶格的Li
+
发生镍锂混排，而镍锂混排是不可逆的，会导致材料的缺陷较多，稳定性较差，本公开实施例在二段烧结加入氧气，减少高温下出现锂镍混排，保证正极材料性能。采用两段不同气氛烧结合成镍钴锰酸锂，第一段烧结为真空烧结，可以收集到纯净的二氧化碳，并且若二段烧结通入氧气，所得尾气也为较纯净的氧气，可直接回用至二段烧结过程，节约成本。二氧化碳回用至磷酸铁锂合成，使得磷酸铁锂合成过程中无需加入其他惰性气体，降低成本，利用了三元生成过程中产生的氨气，能够吸收二氧化碳，降碳减排。
[0015]在一个实施例中，步骤(1)所述第一废气包括氨气。
[0016]在一个实施例中，步骤(1)所述预氧化处理包括将三元前驱体和强氧化物混合。
[0017]在一个实施例中，所述强氧化物包括臭氧和/或高氯酸锂。
[0018]在一个实施例中，所述强氧化物为臭氧，将臭氧通入反应容器，控制反应容器内臭氧质量占总气体质量的5～10％，例如：5％、6％、7％、8％、9％或10％等。
[0019]所述臭氧和三元前驱体的反应方程式如下：
[0020]M(OH)2+O3→
MOOH+H2O+O2。
[0021]在一个实施例中，所述强氧化物为高氯酸锂，将高氯酸锂与三元前驱体混合，高氯酸锂与三元前驱体中金属元素总摩尔比为0.5～0.6:1，例如：0.5:1、0.52:1、0.55:1、0.58:1或0.6:1等。
[0022]所述高氯酸锂和三元前驱体的反应方程式如下：
[0023]2M(OH)2+ClO4‑
→
2MOOH+ClO3‑
+H2O。
[0024]在一个实施例中，步骤(1)所述预氧化处理的温度为80～120℃，例如：80℃、90℃、100℃、110℃或120℃等。
[0025]在一个实施例中，所述预氧化处理的时间为1～3h，例如：1h、1.5h、2h、2.5h或3h等。
[0026]本公开实施例所述预氧化过程使得三元正极前驱体氧化，降低烧结过程中氧气使用，降低成本以及二氧化碳的分离难度，更有利于收集纯净的二氧化碳和氧气，有利于氧气的回用。
[0027]在一个实施例中，步骤(2)所述氧化前驱体和碳酸锂的摩尔比为1.01～1.05:1，例如：1.01:1、1.02:1、1.03:1、1.04:1或1.05:1等。
[0028]所述氧化前驱体和碳酸锂的反应方程式如下：
[0029]2MOOH+Li2CO3→
2LiMO2+H2O+CO2↑
。
[0030]在一个实施例中，所述一段烧结包括一步烧结和二步烧结。
[0031]在一个实施例中，所述一步烧结的温度为400～500℃，例如：400℃、420℃、450℃、480℃或500℃等。
[0032]在一个实施例中，所述一步烧结的时间为2～5h，例如：2h、2.5h、3h、4h或5h等。
[0033]在一个实施例中，所述二步烧结的温度为800～1100℃，例如：800℃、850℃、900℃、1000℃或1100℃等。
[0034]在一个实施例中，所述二步烧结的温度为2～5h，例如：2h、2.5h、3h、4h或5h等。
[0035]在一个实施例中，步骤(2)所述二段烧结的温度为800～1100℃，例如：800℃、850℃、900℃、1000℃或1100℃等。
[0036]在一个实施例中，所述二段烧结的时间为3～10h，例如：3h、4h、6h、8h或10h等。
[0037]在一个实施例中，所述第一废气和第二废气收集后进行除尘处理，分别得到氨气和二氧化碳。
[0038]在一个实施例中，所述含氧气体包括氧气或氧气空气混合气。
[0039]在一个实施例中，所述氧气空气混合气中空气与氧气的体积比为1:(1～4)，例如：1:1、1:2、1:3或1:4等。
[0040]在一个实施例中，所述含氧气体的流速为30～50mL/min，例如：30mL/min、35mL/min、40mL/min、45mL/min或50本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种全链条一体化低碳生产正极材料的方法，所述方法包括以下步骤：(1)通过共沉淀法制备三元前驱体，收集第一废气，对所述前驱体进行预氧化处理得到氧化前驱体；(2)将所述氧化前驱体和碳酸锂混合进行一段烧结处理，收集第二废气，通入含氧气体进行二段烧结处理，得到三元正极材料；(3)将磷源、铁源和锂源湿法混合得到磷酸铁锂前驱体，将所述磷酸铁锂前驱体和碳源混合，通入第二废气作为保护气，进行煅烧处理，得到磷酸铁锂正极材料，反应后的第二废气用第一废气的溶液进行吸收得到碳酸铵溶液。2.如权利要求1所述的方法，其中，步骤(1)所述第一废气包括氨气。3.如权利要求1或2所述的方法，其中，步骤(1)所述预氧化处理包括将三元前驱体和强氧化物混合；可选地，所述强氧化物包括臭氧和/或高氯酸锂。4.如权利要求3所述的方法，其中，所述强氧化物为臭氧，将臭氧通入反应容器，控制反应容器内臭氧质量占总气体质量的5～10％。5.如权利要求3所述的方法，其中，所述强氧化物为高氯酸锂，将高氯酸锂与三元前驱体混合，高氯酸锂与三元前驱体中金属元素总摩尔比为0.5～0.6:1。6.如权利要求1
‑
5任一项所述的方法，其中，步骤(1)所述预氧化处理的温度为80～120℃；可选地，所述预氧化处理的时间为1～3h。7.如权利要求1
‑
6任一项所述的方法，其中，步骤(2)所述氧化前驱体和碳酸锂的摩尔比为1.01～1.05:1。8.如权利要求1
‑
7任一项所述的方法，其中，所述一段烧结包括一步烧结和二步烧结；可选地，所述一步烧结的温度为400～500℃；可选地，所述一步烧结的时间为2～5h；可选地，所述二步烧结的温...

【专利技术属性】
技术研发人员：李爱霞，谢英豪，余海军，李长东，
申请(专利权)人：湖南邦普循环科技有限公司，
类型：发明
国别省市：