[发明专利]一种分级反应制备镍钴锰三元前驱体材料的方法

说明书

本发明公开了一种分级反应制备镍钴锰三元前驱体材料的方法，包括以下步骤：将硫酸镍、硫酸钴和硫酸锰配成混合溶液加入一级反应釜中，再加入氢氧化钠溶液和氨水溶液混合溶液，然后控制温度为45‑65℃、搅拌速率为50‑500rpm的条件下反应8‑20小时，一级反应釜采用上端口自然溢流排出；将溢流排出的料液固液分离后，固体进行干燥筛分，粒径小于7μm的小颗粒进行浆化得浆液；将所得的浆液送至二级反应釜进行反应；本发明方法将前驱体生产过程中的废弃小颗粒进行回收利用，提高了原料的利用率，降低生产成本；粒径小于7μm的镍钴锰三元前驱体材料质量百分含量在3％以下；且该方法生产的镍钴锰三元前驱体材料振实密度高，使得后续电池等产品性能更加的优良。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料领域，尤其是一种镍钴锰三元前驱体材料的制备方法。

背景技术

随着社会的发展，对于材料的环境友好、可持续发展要求越来越高，锂离子电池作为一种新型绿色二次电池，得到了广泛的应用。锂离子电池的主要部件有正极、负极、电解液和隔膜等。目前商业化的锂离子电池的正极材料主要有磷酸铁锂、钴酸锂和镍钴锰酸锂三元材料。磷酸铁锂材料虽然安全系数高、热导系数好和循环性能好等优点，但是存在着容量低，电导性能差等缺点；钴酸锂材料有着放电电压高，循环性能好等优点，但是其生产价格高，不适宜大规模使用。镍钴锰酸锂(NCM)三元材料综合了钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂三种锂离子电池正极材料的优点，三种过渡金属元素存在明显的协同效应，且能量密度高，价格相对合适，被认为是目前最有前途的正极材料之一。目前市场上生产镍钴锰酸锂(NCM)三元材料普遍采用的方法是将镍钴锰三元前驱体和碳酸锂或氢氧化锂混合，经高温煅烧后得到镍钴锰酸锂(NCM)三元材料。

在正极材料制备工艺中，前驱体的制备工艺占60％，前驱体的优劣直接影响正极材料的性能。目前生产镍钴锰三元前驱体主要采用的是共沉淀法，即镍盐、钴盐、锰盐按照一定的比例配成溶液，在氢氧化钠、氨存在的条件下形成氢氧化镍钴锰沉淀，再通过离心洗涤、浆化、干燥等步骤得到合格的产品。该方法在生产过程中有一部分小废料颗粒的存在，这部分物料若是使用，则影响锂离子电池的性能；若是丢弃，则浪费资源，增加成本。为了解决上述问题，公开号为CN103943847A的中国专利申请提出将成品筛分，将三元正极前驱体材料中小颗粒桨化后，进入原有反应釜继续反应。该方法虽然解决了三元正极前驱体材料废料问题问题，但是该方法增加了控制反应釜的难度，降低了产能，不适于工业化生产。因此，亟待开发一种方法制备镍钴锰三元前驱体材料的方法，回收镍钴锰三元前驱体生产过程中产生的小废料颗粒，且不影响镍钴锰三元前驱体材料生产的产能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种分级反应制备镍钴锰三元前驱体材料的方法，该方法工艺简单、反应易控制，生产的镍钴锰三元前驱体材料粒度分布窄。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种分级反应制备镍钴锰三元前驱体材料的方法，包括以下步骤：

(1)将硫酸镍、硫酸钴和硫酸锰配成混合溶液加入一级反应釜中，再用氢氧化钠溶液调节一级反应釜中混合溶液的pH为10-13，利用氨水溶液调节一级反应釜中混合溶液的氨值为8-20g/L，然后控制一级反应釜温度为45-65℃、一级反应釜搅拌速率为50-500rpm的条件下反应8-20小时，一级反应釜采用上端口自然溢流排出；

(2)将步骤(1)溢流排出的料液固液分离后，固体进行干燥筛分，粒径大于7μm的颗粒即为所需的镍钴锰三元前驱体材料，粒径小于7μm的小颗粒进行浆化得浆液；

(3)将步骤(2)所得的浆液送至二级反应釜，然后加入步骤(1)所述的混合液进行反应，所述浆液与混合液的体积比为1﹕2-3，采用氢氧化钠溶液调节二级反应釜中的pH为8-11，利用氨水溶液调节二级反应釜中的氨值为6-15g/L，控制二级反应釜温度为50-70℃、搅拌速率为50-500rpm的条件下反应7-20小时，二级反应釜采用上端口自然溢流排出，溢流排出的料液按照步骤(2)进行处理；