[发明专利]一种连续式镍钴铝三元前驱体的制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料，具体说是一种连续式镍钴铝三元前驱体的制备工艺。

背景技术

随着我国经济、科技的不断发展，对能源的使用也随之增加，尤其是工业的迅速发展，对电池能源的消耗较大，产生的危害物质容易造成生态环境的破坏。因此，国家对能源的使用提出更高的要求，不但要求提高能源的使用效率，而且要达到节能减排，加强自然生态保护的目地。因此，改善电池能源设备结构，特别是高纯电池能源材料的制备极为重要。

锂离子电池因其电压高、能量密度高、循环寿命长、环境污染小等优点倍受青睐。近年来，随着小型可移动电源需求的进一步增长，为锂离子电池工业的发展创造了良好的机遇，锂离子电池行业的快速发展带动了钴酸锂、镍钴酸锂、镍钴锰酸锂等钴系正极材料的发展，对锂离子电池钴系正极材料的需求也大幅增长，尤其是镍钴锰酸锂，一种新型的电池正极材料，与钴酸锂相比，质量比容量高，成本低、热稳定性好；与锰酸锂相比，质量比容量高，循环性能好，工作温度宽；与磷酸铁锂比，工作电压高，能量密度大。良好的综合性能，使得三元材料成为目前市场的主流，在日韩市场，占据市场份额第一。三元材料广泛应用数码电子产品、电动工具、电动自行车等用锂离子电池上。目前三元材料的制备方法主要采用前驱体与锂源混合后高温烧结制备，镍钴锰氢氧化物是一种性能良好的前躯体材料，现被广泛使用。镍钴锰氢氧化物对三元材料的烧结过程及三元材料的理化及电性能指标有重要的影响。

目前，镍钴锰三元前躯体的生产方法主要采用金属盐、液碱、氨水同时加入反应釜中制备生成，加入过程中液碱采用单根液碱进液管注入反应釜参与反应，使反应釜内物料局部浓度高、pH太高，从而合成过程D0一般都小于1μm，在连续法制备过程中，由于边进液变出料，使得物料在反应釜内的停留时间各不相同，从而产生了最终产品的大小颗粒的正态分布。但在后续烧结过程中，晶核（也叫极小颗粒）容易出现过烧，因而是正极材料厂商所不愿意看到的。前躯体厂商一般采用过滤时滤布穿滤或者烘干时抽风分离掉部分晶核，虽能满足正极材料厂商的要求（D0＞3μm），但这样必然会导致物料损失，收率下降，从而造成成本上升。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种可减少晶核的连续式镍钴铝三元前驱体的制备工艺。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种连续式镍钴铝三元前驱体的制备工艺，其包括如下步骤：

（a）配制一定浓度的金属盐溶液、铝碱、液碱、氨水溶液；

（b）将上述金属盐溶液、铝碱、液碱、氨水溶液通过相对应的进液管加入反应釜中反应，所述液碱通过上进液管加入反应釜，铝碱通过下进液管加入反应釜，该上下两根进液管并联至反应釜；

（c）将上述反应釜溢流的料浆输送至陈化槽陈化；

（d）然后进行洗涤，干燥，得到镍钴铝三元前驱体。

作为优选，所述氨水溶液的浓度为12-25g/L，控制反应釜中的pH为10-11.5。

作为优选，所述上下两根进液管内溶液的流量比为1：（0.1-10）。

作为优选，持续向所述反应釜中通入氮气，开启搅拌桨实现搅拌，所述搅拌桨两端分为位于上端的上层搅拌桨和位于下端的下层搅拌桨，控制所述搅拌桨的搅拌速度为50-200r/min。

作为优选，输送铝碱的下进液管与金属盐溶液进液管、氨水进液管设于同一水平位置，且位于下层搅拌桨处，输送液碱的上进液管位于上层搅拌桨处。

作为优选，在反应釜中反应时，控制所述反应釜的温度为40-80℃，物料在反应釜内的平均停留时间为5-20小时。

作为优选，陈化时间为30-120min，洗涤时间为60-240min，干燥时间为7-8小时。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、工艺简单、成本低、易操作、节能环保，合成出来的镍钴锰酸锂大小均匀，后段制备的锂电池正极材料性能好，有利于锂电池产品的产线收率；

2、采用液碱分两个进液管注入的方法，上进液管分流一部分液碱进入反应釜，可使现有技术反应区内局部pH降低，可明显减少晶核、并且提高D0；

3、控制反应区pH降低使成核数量少并易长大，为保证液碱总消耗量，所述发明在反应釜上部由上进液管补入在下部减少的铝碱液碱量，保持了整个反应平衡；

4、采用该方法制备的三元前驱体镍钴锰酸锂能同时满足厂家成本低和客户产品分布窄的需求，市场潜力大。

具体实施方式