[发明专利]一种三元正极材料氢氧化物前驱体的节水制备方法及节水制备系统

说明书

本发明公开了一种三元正极材料氢氧化物前驱体的节水制备方法，包括以下步骤：利用共沉淀反应制备三元氢氧化物，三元氢氧化物再经过碱洗、水洗、干燥即得到三元正极材料氢氧化物前驱体；其中，所述水洗包括一段洗涤、二段洗涤与三段洗涤，所述二段洗涤废水返回用于一段洗涤用水，所述三段洗涤废水返回共沉淀反应用于制备反应原料溶液。本发明还提供一种与上述节水制备方法相对应的三元正极材料氢氧化物前驱体的节水制备系统。本发明可以实现洗涤水的梯级循环利用，可减少35％以上的废水处理量，进而节约1/3以上的废水处理成本，三元正极材料氢氧化物前驱体的生产成本更低。

技术领域

本发明属于电池材料领域，尤其涉及一种三元正极材料氢氧化物前驱体的制备方法及制备系统。

背景技术

自然生态环境的不断恶化以及高能量动力电池技术的进步催生了电动汽车的快速发展，电动汽车的核心则为锂电正极材料。目前市场前景最为看好的锂电三元正极材料的核心为镍系三元前驱体(Ni_1-x-yCo_xMn_y(OH)₂或Ni_1-x-yCo_xAl_y(OH)₂)，其生产广泛采用和球形氢氧化镍的合成工艺基本一致的氨碱配合湿法连续共沉淀法，该方法采用硫酸镍(钴、锰)、氨水、氢氧化钠作为生产原料。生产过程消耗大量水资源，产生的废水主要成分为硫酸钠(80-100g/L)、氢氧化钠约(2g/L)、氨氮(3000-8000mg/L)以及重金属(约30mg/L)，即Na₂SO₄-NaOH-NH₃-重金属综合性废水，这类废水若不经过有效处理，对生态环境有极大的危害。

目前，针对这类废水处理方法多为未经回用直接送往废水车间处理，主流工艺为汽提蒸氨脱除氨氮-物理过滤脱除重金属-蒸发结晶脱除硫酸钠-蒸发工艺冷凝水膜处理得纯水回用。该方法可以很好地达到废水处理的目标，但由于废水主要成分浓度低，导致处理工艺成本较高，单位废水回收的氨水和硫酸钠产品经济效益低。多数三元前驱体生产企业的吨产品废水排放量15-40吨，为“达标排放”或“全面净化后回用”的成本均在60元/吨废水以上，这就意味着每生产一吨镍系三元前驱体材料，其水处理成本在900元以上，这给相关生产企业带来极大的环保负担，严重影响新能源电动汽车产业的发展。

鉴于三元前驱体生产废水处理工艺所存在的问题，很有必要深入分析镍系氢氧化物材料的生产工艺，从工艺过程角度对水资源的高效利用进行调整控制。现有共沉淀反应后的底流进入洗涤压滤机或板框压滤机中进行固液分离，母液分离后，直接加入一定浓度的碱液进行碱洗，碱洗后加入纯水进行洗涤，洗涤到指定pH值后停止洗涤。由于三元前驱体材料对杂质硫酸根和钠的含量要求极高，因此洗涤过程需要消耗大量的水资源，并产生大量的废水，若能对洗涤过程中产生的废水回收再利用，可一定程度上节约废水处理成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种三元正极材料氢氧化物前驱体的节水制备方法及节水制备系统，该制备方法与制备系统可以实现洗涤水的梯级循环利用，减少废水产生量，资源更加节约。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种三元正极材料氢氧化物前驱体的节水制备方法，包括以下步骤：利用共沉淀反应制备三元氢氧化物，三元氢氧化物再经过碱洗(用氢氧化钠洗涤)、水洗、干燥即得到三元正极材料氢氧化物前驱体；其中，所述水洗包括一段洗涤、二段洗涤与三段洗涤，所述二段洗涤废水(二段洗涤过程中产生的废水)返回用于一段洗涤用水，所述三段洗涤废水(三段洗涤过程中产生的废水)返回共沉淀反应用于制备反应原料溶液(如三元金属盐溶液)。本发明中，产生的废水为硫酸钠-氨-氢氧化钠复合型废水。反应原料溶液用水与一段洗涤用水的用水量不够时采用纯水补充。