[发明专利]一种间歇式镍钴锰三元前驱体制备工艺

说明书

本发明涉及一种间歇式镍钴锰三元前驱体制备工艺，其包括将一定浓度和比例的镍钴锰混合盐溶液，与一定浓度的液碱、氨水溶液加入到反应釜中，准备好开釜条件（包括反应釜的温度、搅拌转速、氨浓度等），同时通入保护气体氮气；在反应1‑2小时后，反应釜内物料开始溢流到中间槽，再通过中间槽隔膜泵将溢流出的料浆转入浓缩机，浓缩机内的料浆一部分回流到反应釜，另一部分母液通过滤管排出，反应物料在三者设备间循环浓缩，达到进出料平衡；当反应物料粒度达到目标粒度后，将反应物料输送至陈化槽静置陈化，再将陈化后的陈化物料进行洗涤、干燥，得到镍钴锰三元前驱体。本发明可以制备出任何粒度大小的极窄型粒度分布的镍钴锰三元前驱体产品。

技术领域

本发明涉及锂离子电池三元正极材料前驱体制备技术领域，具体说是一种间歇式镍钴锰三元前驱体的制备工艺。

背景技术

当今，锂离子电池作为一种新型的绿色环保电源，被广泛应用到3C产品和电动汽车等领域；正极材料是决定锂离子电池化学性能的关键材料，它分为三元正极材料和钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂等，其中三元正极材料凭借期在制造成本、能量密度、循环性能、热稳定性等方面表现的综合性能，已市场主流，根据调研数据显示，2019年中国锂电正极材料出货量40.4万吨，其中，三元正极材料出货量19.2万吨，市场占比47.52%。三元正极材料主要包括镍钴锰三元复合氧化物和镍钴铝三元复合氧化物，这两种复合氧化物都是通过符合氢氧化物前驱体烧结制得的，目前国内生产的镍钴锰前驱体多采用连续式工艺制备，连续式工艺的优势是可以制备出正态分布的颗粒，而另一方面由于连续式工艺的进料方式是进料的同时在溢流出料，这样会使晶核生成不易受控， D0一般都＜1um，产生一定量的极小颗粒，而这种极小颗粒在后续烧结过程中会导致过烧，影响正极材料产品性能。尽管可以通过过滤手段分离出这些极小颗粒，但是这种做法会造物料损耗，间接地增加制造成本，并不一定可取。而间歇式工艺的优势是在极窄分布的前提下可以通过大小颗粒匹配实现高压实密度，从而解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种间歇式镍钴锰三元前驱体制备工艺。其主要采用晶体造核与晶体生长两阶段的间歇工艺制备镍钴锰氢氧化物，并在晶体生长阶段采用浓缩机循环控制镍钴锰氢氧化物粒度增长和分布；再通过碱洗、水洗、烘干过程，得到极窄分布的镍钴锰三元前驱体。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种间歇式镍钴锰三元前驱体制备工艺，其包括如下步骤：

步骤一：选用可溶性镍盐、可溶性钴盐、可溶性锰盐为原料与纯水配成一定比例和浓度的混合盐溶液；

步骤二：将反应釜、浓缩机加满纯水，并充满氮气作为保护气体；将反应温度、搅拌转速、氨浓度等设置到既定参数，按设置的pH值加入配制的混合盐、液碱、氨水开始进料。此为晶体造核阶段；

步骤三：在反应釜内维持高的pH值，稳定2-4小时后，pH值降低0.6-0.8，直至降至11.5以下。此为晶核成长阶段；

步骤四：反应1-2小时后，反应料浆溢流流入中间槽，通过中间槽循环泵转至浓缩机内，在浓缩机内浓缩排清后重新返回至反应釜，直至粒度涨到目标粒度，再将反应物输送至陈化槽进行陈化；

步骤五：将陈化后的反应物料进行洗涤、干燥，得到粉末状的镍钴锰三元前驱体。

作为优选，步骤一所述混合盐溶液的化学式为Ni_xCo_yMn_z(OH)₂ ，镍钴锰金属合量控制在110-120g/L，其中x+y+z＝1，且0 .5≤x≤0 .7，0 .2≤y≤0 .3，0 .2≤z≤0 .3。

作为优选，步骤二所述反应温度控制在50-70℃；搅拌转速控制在220-230r/min；氨浓度控制在9-11g/L。

作为优选，步骤三所述高的pH值控制在12.00-12.10。

作为优选，步骤四所述浓缩机排母液量需与反应釜进料量保持平衡，循环泵选用空气隔膜泵。