[发明专利]分级制备锂电池正极材料前驱体的方法及设备

说明书

本发明提出的分级制备锂电池正极材料前驱体的方法，包括金属盐溶液配制、二次脱除母液、分级粗品的步骤，将底液加入到反应釜，通入惰性气体，搅拌过程中将金属盐溶液、络合剂和沉淀剂溶液并流进入反应釜，进行合成反应，生产前驱体粗品浆料脱除母液：通过离心机或压滤机将反应釜内前驱体粗品浆料脱除母液，进而将母液和浆料粗品分离，通过水流分级槽将二次浆料粗品进行多级分离，得到多种粒径尺寸的前驱体颗粒浆料，本发明中利用水流分级槽将浆料进行二次分级，实现了精细控制，得到不同粒径的前驱体颗粒，使混合后的颗粒可控制、可预设，其适用于电池正极制备后，性能可预期。

技术领域

本发明涉及锂电池正极材料制备技术领域，尤其涉及一种分级制备锂电池正极材料前驱体的方法及设备。

背景技术

锂离子电池高电压、高能量、无记忆效应和较长的使用寿命的优越性能，使得它在二次电池中脱颖而出，得到了迅速的发展和应用。目前市场上最有潜力的锂离子电池正极材料主要有钴酸锂、镍钴锰酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂系列(包括磷酸亚铁锂，磷酸钒锂等)四类。

现在工业上成熟的方法是先制备锂离子正极材料前驱体，如镍基一元、镍钴二元和镍钴锰三元前驱体等，然后在与锂源均匀混合后，在高温下固相烧结制备正极材料。正极材料性能的好坏，60%在于前驱体的制备技术，前驱体的指标对正极材料具有传承性，而且也影响着烧结工艺的进行。现有技术制备的锂离子正极材料前驱体粒度分布不均匀，其中过小的颗粒细粉容易导致电池材料过充电或过放电，严重影响材料的循环性能和安全性能。

中国专利CN108751265A公开了一种锂离子电池正极材料及其前驱体的制备方法，专利中采用水力旋流器对反应浆液进行分级，得到了粒径分布适中的前驱体，但产生了大量的含氨废水，同时分级后的小颗粒重新返回反应釜进行二次生长，使得反应釜粒径波动较大。中国专利CN108258235A公开了一种分级反应制备镍钴锰三元前驱体材料的方法，采用干法筛分的方式对前驱体进行分级，由于筛分返回的小颗粒被氧化，影响了再次合成生长的颗粒性能。

发明内容

有必要提出一种分级制备锂电池正极材料前驱体的方法。

一种分级制备锂电池正极材料前驱体的方法，包括如下步骤：

金属盐溶液配制：按照化学式NiaCobMncMd(OH)₂，式中a+b+c+d=1、0≤a≤1、0≤b≤1、0≤c≤1、0≤d≤0.1，将可溶性镍盐、钴盐、锰盐、M盐中的至少一种溶于纯水中，配制成金属盐溶液；

配置络合剂；

配置沉淀剂；

合成前驱体： 将底液加入到反应釜，通入惰性气体，搅拌过程中将金属盐溶液、络合剂和沉淀剂溶液并流进入反应釜，进行合成反应，生产前驱体粗品浆料；

脱除母液：通过离心机或压滤机将反应釜内前驱体粗品浆料脱除母液，进而将母液和浆料粗品分离；

二次脱除母液：将浆料粗品与纯水二次混合，并利用离心机或压滤机将浆料粗品与母液二次分离，得到二次浆料粗品；

分级粗品：通过水流分级槽将二次浆料粗品进行多级分离，得到多种粒径尺寸的前驱体颗粒浆料。

一种分级制备锂电池正极材料前驱体设备，包括水流分级槽，水流分级槽为长槽，长槽的一端端部用于通入二次浆料粗品，另一端用于排出微粉浆料，还在长槽内部设置若干立板，所述立板的高度依次增高，以对二次浆料粗品进行多级分离，得到多种粒径尺寸的前驱体颗粒浆料。

本发明中，利用水流分级槽将浆料进行二次分级，实现了精细控制，得到不同粒径的前驱体颗粒，如此可以根据客户需求，提供均匀一致粒径的前驱体颗粒，也可以将不同粒径的颗粒按照需求参配混合，使混合后的颗粒可控制、可预设，其适用于电池正极制备后，其性能可预期。这与现有技术中直接从反应釜排出烘干形成的颗粒是不同的，反应釜的反应过程是不可见的过程，即使控制了不同的工艺参数，反应过程的不稳定性会造成反应后的浆料颗粒度不均匀不稳定，作为产品用于电池材料生产时，前驱体内部的颗粒度无法预测。