[发明专利]一种低杂质多元前驱体的制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，具体公开了一种低杂质多元前驱体的制备方法。本发明将多元前驱体中所含杂质进行了分离，其过程是：将镍盐、钴盐和锰/铝盐的无机盐或有机盐的三元混合金属盐溶液与沉淀剂、络合剂同时加入反应釜中，搅拌，共沉淀后得到前驱体混悬液B,连同和母液一起导入电磁分离罐中，搅拌，建立不同方向的磁场，分别约束残余阳离子和阴离子，抽离，得到去除杂质离子的前驱体混悬液D，过滤、烘干、筛分、除磁粉，得到多元前驱体产品。本发明工艺简单高效，低成本，低污染，节能环保，制得的多元前驱体产品中杂质含量较低，满足了锂离子电池用正极材料要求，适合于工业规模化生产。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及一种低杂质多元前驱体的制备方法。

背景技术

锂离子电池因其具有工作电压高、循环寿命长、无记忆效应、自放电效应小、环境友好等优点，已被广泛应用于便携式电子器件、规模化储能电站和电动汽车之中。当前，传统商业化的锂离子电池正极材料钴酸锂，由于钴作为战略资源价格较高，且需要匹配高压电解液，其技术尚不够成熟，无法满足未来更高比能及高功率密度锂离子电池发展的要求。现在，多元材料因其具有高容量低成本的特点，成为目前重要的发展方向。

动力电池要求正极材料容量高，寿命长，风险低，这三者都与材料中的杂质含量息息相关。当杂质过多时，有的不参与氧化还原反应，作为非活性物质，降低了材料的比容量；有的破坏主晶相中的化学计量比，影响晶体结构，降低了材料的循环寿命；有的在长循环后在负极沉积，形成单质态小颗粒，容易刺穿隔膜，给电池热失控带来巨大风险。

制造高品质的多元正极材料应用于动力电池，需要严格控制其中的杂质含量。除了在原材料混合、焙烧、后处理和输送等多元材料生产环节进行控制，避免引入过多杂质外，还必须从原材料出发，从源头严格控制杂质含量。多元材料的主要原料之一就是多元前驱体，大部分厂家生产多元前驱体使用液相共沉淀技术，液相共沉淀技术最为关键的工艺是：沉淀，洗涤和烘干，其中沉淀和洗涤尤为关键，直接影响产品的物化性能；在共沉淀过程中引入的大量SO₄^2-等盐离子和Na⁺，并从上游硫酸盐等盐、氢氧化钠等沉淀剂原料中带来微量的Ca²⁺、Mg²⁺、 Cu²⁺、Fe²⁺/Fe³⁺、Zn²⁺、Cl^-和S等杂质，这些杂质对于多元正极材料应用于动力电池都是负面有害的，必须通过有效手段使附着在表面的杂质离子与多元前驱体分离，达到降低多元前驱体中杂质含量的目的。现有技术多是通过洗涤的方式来去除杂质。

中国专利CN 102324514A公开了“一种锂离子电池用多元正极材料用前驱体的制备方法”，采用硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰溶液配制金属离子的总浓度为 1.0-2.5mol/L的溶液，并分别配制0.5-2.0mol/L的氢氧化钠溶液和0.5-1.2 mol/L的氨水溶液。在氮气保护下，将上述溶液连续加入反应釜中，控制pH值 10.5-11.8，搅拌速度600-900rpm，温度30-60℃。反应产物溢出进入陈化反应釜，经30-180分钟陈化后，利用氨水溶液洗涤，并进入高压反应釜中，控制温度和氧含量进行反应，过滤，产物经纯水洗涤和微波干燥后，得到氧化程度均一的镍钴锰氧化物前驱体。

中国专利CN 103342395A公开了“一种低硫多元前驱体的制备方法”，将硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰溶液，氢氧化钠溶液，氨水溶液同时通入反应釜中搅拌，进行化学结晶，得到多元前驱体。将所得多元前驱体过滤脱除母液后转至涡轮搅拌碱洗槽中，水浴加热搅拌过滤。用板框过滤洗涤产品，至洗涤溶液中水电导率≤20us/cm。洗涤干燥物料经回转窑快速干燥筛分后，得低硫多元前驱体，所得低硫三元前驱体的S杂质含量小于2000ppm。