[发明专利]一种三元正极材料前驱体的制备方法

说明书

本发明提供了一种三元正极材料前驱体的制备方法，利用顺次连通形成悬浮液回路的反应釜、循环泵以及动态分离装置，有效的提高了反应效率和产品的均一性。该方法包括如下步骤：配置金属盐混合溶液、沉淀剂溶液以及络合剂溶液，并流加入到反应釜中；控制反应釜内反应温度为20～95℃，pH值为10～13，氨浓度为5～12g/L进行反应；反应釜达到设定液位之后，将其中的悬浮液通过循环泵输送至动态分离装置中进行固液分离，分离出的母液清液收集至母液排出罐，浓缩后的浆料返回至反应釜中继续进行反应，直至反应釜中的固体物料满足规定的物化特性时停止进料，将物料卸至成品料储罐进入后续的处理工序。

技术领域

本发明属于材料制备领域，具体涉及一种电池三元正极材料前驱体的制备方法。

背景技术

锂离子电池具有工作电压高、循环寿命长、质量轻、自放电少、无记忆效应与性价比高等优点，目前已大规模地应用于消费类电子产品及新能源汽车等领域。与锂离子电池相比，钠离子电池的能量密度与电压相对较低，可用于对体积与便携性没有较高要求的情况，并能充分发挥钠含量多、成本低的优点，现已成为研究的热点，有望成为一种替代锂离子电池的廉价途径。其中正极材料是锂/钠离子电池核心部分之一，决定着锂/钠离子电池的性能。锂/钠离子电池的三元正极材料保留了二元材料的优点，同时可以发挥三种过渡金属元素的协同效应，进一步提高电池的综合性能。目前具有高能量密度的三元正极材料已广泛应用于移动电源、电动自行车等领域，并成为提高电动汽车续航里程的首选。

三元正极材料的前驱体通常可以利用相应的金属盐溶液与碱溶液通过共沉淀的反应结晶，再经过滤分离、洗涤纯化、烘干等过程制得。现有制备工艺过程存在的主要问题是：制得的前驱体粒度分布不均匀且平均粒径过小。解决此问题的主要措施是减少沉淀反应系统中晶核的数量，使得晶核的生成速率相较于晶体的长大速率降低，同时通过循环流加强搅拌等措施促进颗粒在流体中的均匀分布以及液体物料浓度和温度在反应系统中的均匀分布。在实际生产过程中，通常在反应釜体外设置提固器进行清母液的分离，分离出的母液含有数目较多但质量总量较少的晶核，反应系统的晶核表观生成速率等于晶核的反应生成速率与清液造成的晶核排出速率之差。分离出的固体颗粒物再返回反应釜，大的颗粒晶体继续生长；微细的晶体颗粒可以作为新生成固体的晶种，从而可以避免过饱和条件下大量晶核的爆发式形成。

常用的提固器有沉降槽和浓密机两种形式，其中无法将浆料提浓至较高固含量，一般不超过20％，限制了晶核的排出流率；浓密机通过滤棒过滤形式来实现浆料的固液分离，虽然过滤面积和效率较高，但是易形成滤饼，滤饼内的颗粒不能与饱和液体充分接触，影响了过滤期间颗粒的生长及反应系统总的颗粒均匀度,另外,一般浓密机体积相对较大,使得固体物料在体外的停留时间较长,从而也影响了物料的反应及产物的均一性。外置式提固器分离增加了工艺流程、操作的复杂度及生产成本，且反应效率低。

发明内容

本发明旨在针对上述现有技术中的不足，提供了一种三元正极材料前驱体的制备方法，利用顺次连通形成悬浮液回路的反应釜、循环泵以及动态分离装置，有效的提高了反应效率和产品的均一性。

所采用的技术方案如下：

一种三元正极材料前驱体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：分别配制金属盐混合溶液、沉淀剂溶液以及络合剂溶液，并通过多个原料进口并流加入到反应釜中；

步骤S2：控制反应釜内的反应温度、pH值以及氨浓度，并通过搅拌装置持续搅拌进行反应；

步骤S3：待反应釜中的液位到达设定值时，开启连通至反应釜的循环泵，将反应釜中的悬浮液输送至动态分离装置中进行固液分离，所述反应釜、循环泵以及动态分离装置顺次连通形成悬浮液回路，分离出的母液清液收集至母液排出罐，浓缩后的浆料返回至反应釜中继续进行反应；