CN108088730A - 一种三元前驱体金属盐溶液的精确配料方法 - Google Patents

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曾刚
黄凯
向波
陈要忠
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Zhejiang Huayou Cobalt Co Ltd
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    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/38—Diluting, dispersing or mixing samples

Abstract

本发明属于锂离子电池三元前驱体制备技术领域，特别涉及一种三元前驱体制备过程中金属盐溶液的配料方法。本发明首先通过科里奥利力质量流量计同时测量金属盐溶液的质量流量、密度和温度参数；然后对金属盐溶液在不同温度下的体积进行修正补偿，根据温度区间的不同分别采用不同的补正方式，从而得到补正后的金属盐溶液密度；再根据金属盐溶液在不同密度下对应的金属离子浓度的线性关系式，得到金属离子浓度，最后得出金属离子质量流量。当金属离子质量的累计值与所要求的目标值一致时，完成一次精确配料，精确配料均基于DCS控制系统通过编程组态全自动完成。本发明测量精度高，能够消除温度影响，同时减少人员干预带来的测量影响。

Description

一种三元前驱体金属盐溶液的精确配料方法
技术领域
本发明属于锂离子电池三元前驱体制备技术领域，特别涉及一种三元前驱体制备过程中金属盐溶液的配料方法。
背景技术
近年来电动汽车的商业化得到快速的发展，由此带来动力电池市场需求的快速增长。镍钴锰三元材料锂电池因具有比容量高、循环性能好、安全性能好、价格低廉、易于合成等优点，很好地解决了动力电池性能与容量的平衡问题，基本满足了动力电池材料的全部需要，被公认为是最有前景的钴酸锂替代材料之一。
三元前驱体金属盐溶液的精确配制是三元产品品质保证的第一步，而精确配制又以进料的准确性为基础。目前三元前驱体金属盐溶液进料用的流量计为电磁流量计，配制过程大致为：先测得每种金属液金属离子的浓度，明确每种金属液金属离子的摩尔比和总量，计算出每种金属液所需的体积或质量后，开始往配制槽进料并统计，最后取样分析成分是否满足要求。经与生产技术沟通得知配制的一次合格率不高，这里有流量计计量异常的原因，有金属液浓度变化的原因、有温度波动的原因和人员操作失误等等。由于密度和浓度随温度的变化而变化，为了提高测量的准确性，消除温度对测量的影响和减少人工操作失误带来的影响，需要采用更为可靠的方法来实现精确配料。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种测量精度高，能够消除温度影响，以及减少人工误差的三元前驱体金属盐溶液的精确配料方法。
为了达到上述目的，本发明的一种三元前驱体金属盐溶液的精确配料方法，具体包括如下步骤：
步骤一：用科里奥利力原理的质量流量计同时测量金属盐溶液的质量流量、密度和温度参数，得到实际温度下的体积流量；
步骤二：在金属盐溶液温度≤36℃时，参考不同温度下标准滴定溶液的体积补正值，见表1，换算得到20℃时的体积流量，从而得到20℃、常压下的金属盐溶液的密度即补正后金属盐溶液密度；当金属盐溶液温度＞36℃，≤70℃时，近似以水在不同温度下的密度换算得到的体积膨胀值作为体积补正值，见表2，换算得到20℃时的体积流量，从而得到补正后金属盐溶液密度；
表1不同温度下标准滴定溶液的体积补正值
注1：本表数值是以20℃为标准温度以实测法测出；
注2:本表中带有“+”“-”号的数值是以20℃为分界，室温低于20℃的补正值为“+”，高于20℃的补正值为“-”；
注3:本表的用法：如1L硫酸溶液[C(1/2H2SO4)＝1mol/L]由25℃换算为20℃时，其体积补正值为-1.5mL，故40.00mL换算为20℃时体积为：V20＝40.00-(1.5/1000)*40.00＝39.94(mL)；
表2不同水温时水的密度表
注1：本表中各温度下的体积膨胀值的大小是基于水温为20℃时的修正值；
注2：本表的用法：如1L硫酸溶液[C(1/2H2SO4)＝1mol/L]由40℃换算为20℃时，其体积补正值约为6.03mL，故40.00mL换算为20℃时体积为：V20＝40.00-(6.03/1000)*40.00＝39.76(mL)；
步骤三：根据表3“20℃及常压下金属盐溶液在不同密度下对应的金属离子浓度的线性关系式”得到金属离子浓度，从而求得金属离子质量百分比，即金属离子浓度/补正后金属盐溶液密度；最后得出金属离子质量流量，即金属离子质量百分比×金属盐溶液质量流量；当金属离子质量的累计值与所要求的目标值一致时，完成一次精确配料；
表3用滴定法测得的金属盐溶液密度与金属离子浓度的线性关系方程式(以硫酸钴金属液为例)
作为优选，精确配料基于DCS控制系统通过编程组态全自动完成。
本发明根据测量金属盐溶液的温度值选择表1或表2来进行体积修正以获得补正后的金属盐溶液的密度，通过该密度利用表3即金属盐溶液在20℃、常压条件下的密度与该溶液的金属离子浓度的关系式求得金属盐溶液中金属离子的浓度；通过该金属离子浓度与补正后金属盐溶液密度相除求得金属离子质量百分数，金属离子质量百分数与金属盐溶液质量流量的乘积即为金属离子质量流量，当金属离子质量的累计值与所要求的目标值一致时，完成一次精确配料。
本发明用科里奥利力质量流量计替代电磁流量计。科里奥利力质量流量计是一种高精度、多功能流量计，可直接测量出金属盐溶液的密度、温度和质量流量，且质量流量与流体的温度、压力、粘度、电导率和流动状态无关。而电磁流量计只能测量金属液的体积流量，质量流量的获得需要体积和密度的乘积，而密度随着温度的变化而变化，无形中带来了测量误差。
金属盐溶液的密度随着温度的变化可以理解为质量不变，体积随着温度的变化而变化，所以对于金属盐溶液密度的温度补偿理解为在不同温度下的体积修正补偿。所以本发明首先通过科里奥利力质量流量计同时测量金属盐溶液的质量流量、密度和温度参数；然后对金属盐溶液在不同温度下的体积进行修正补偿，根据温度区间的不同分别采用不同的补正方式，从而得到补正后的金属盐溶液密度；再根据金属盐溶液在不同密度下对应的金属离子浓度的线性关系式，得到金属离子浓度，最后得出金属离子质量流量。
本发明精确配料基于DCS控制系统通过编程组态全自动完成，操作人员只要设定一个金属离子质量需求的目标值后按下进料按钮后即可自动进料，当金属盐溶液中金属离子的质量累计达到目标值时自动停止进料，从而减少了人员干预带来的测量影响。
附图说明
图1为本发明三元前驱体金属盐溶液精确配料的过程控制图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的阐明，但本发明并不局限于具体实施例。
实施例1：
一种三元前驱体金属盐溶液的精确配料方法，具体包括如下步骤：
1、用科里奥利力原理的质量流量计同时测得硫酸钴溶液的质量流量为20000.00kg/h、密度为1.29g/cm3、温度为50℃，得到实际温度下的体积流量为15503.876L/h；
2、由于硫酸钴溶液温度＞36℃，≤70℃，以水在不同温度下的密度换算得到的体积膨胀值作为硫酸钴溶液在该温度下的体积补正值，即由50℃换算为20℃时，其体积补正值约为10.29ml/L，补正后的体积流量为15335.0713L/h(≈15503.876-(15503.876*10.29/1000))，得到补正后硫酸钴溶液密度为1.3042g/cm3；
3、根据表3“20℃及常压下金属盐溶液在不同密度下对应的金属离子浓度的线性关系式”得到钴离子浓度为123.3201g/L，从而求得钴离子质量百分比为9.46％，最后得出钴离子质量流量为1891.0619kg/h；当钴离子质量的累计值达到目标值500.00kg时，完成本次的精确配料，精确配料基于DCS控制系统通过编程组态全自动完成。
如果不进行体积补正，得到的钴离子浓度为117.3187g/L，求得钴离子质量百分比为9.09％，最后得出钴离子质量流量为1818.8943kg/h，与实际的钴离子质量流量1891.0619kg/h存在很大的偏差。
实施例2：
一种三元前驱体金属盐溶液的精确配料方法，具体包括如下步骤：
1、用科里奥利力原理的质量流量计同时测得硫酸钴溶液的质量流量为24000.00kg/h、密度为1.3010g/cm3、温度为48℃，得到实际温度下的体积流量为18447.3482L/h；
2、由于硫酸钴溶液温度＞36℃，≤70℃，以水在不同温度下的密度换算得到的体积膨胀值作为硫酸钴溶液在该温度下的体积补正值，即由48℃换算为20℃时，其体积补正值约为9.38ml/L，补正后的体积流量为18274.5755L/h(≈18447.3482-(18447.3482*9.38/1000))，得到补正后硫酸钴溶液密度为1.3133g/cm3；
3、根据表3“20℃及常压下金属盐溶液在不同密度下对应的金属离子浓度的线性关系式”得到钴离子浓度为127.1449g/L，从而求得钴离子质量百分比为9.68％，最后得出钴离子质量流量为2323.4856kg/h；当钴离子质量的累计值达到目标值1200.00kg时，完成本次的精确配料，精确配料基于DCS控制系统通过编程组态全自动完成。
如果不进行体积补正，得到的钴离子浓度为121.9539g/L，求得钴离子质量百分比为9.37％，最后得出钴离子质量流量为2249.7266kg/h，与实际的钴离子质量流量2323.4856kg/h存在很大的偏差。
实施例3：
一种三元前驱体金属盐溶液的精确配料方法，具体包括如下步骤：
1、用科里奥利力原理的质量流量计同时测得硫酸钴溶液的质量流量为26000.00kg/h、密度为1.3210g/cm3、温度为32℃，得到实际温度下的体积流量为19682.059L/h；
2、由于硫酸钴溶液温度≤36℃，参考不同温度下标准滴定溶液的体积补正值，由32℃换算为20℃时，其体积补正值为-3.9mL，补正后的体积流量为19622.6415L/h(≈19682.059-(19682.059*3.9/1000))，得到补正后硫酸钴溶液密度为1.3250g/cm3；
3、根据表3“20℃及常压下金属盐溶液在不同密度下对应的金属离子浓度的线性关系式”得到钴离子浓度为132.0566g/L，从而求得钴离子质量百分比为9.97％，最后得出钴离子质量流量为2591.3481kg/h；当钴离子质量的累计值达到目标值800.00kg时，完成本次的精确配料，精确配料基于DCS控制系统通过编程组态全自动完成。
如果不进行体积补正，得到的钴离子浓度为130.3816g/L，求得钴离子质量百分比为9.87％，最后得出钴离子质量流量为2566.1785kg/h，与实际的钴离子质量流量2591.3481kg/h存在较大的偏差。

Claims (2)

1.一种三元前驱体金属盐溶液的精确配料方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
步骤一：用科里奥利力原理的质量流量计同时测量金属盐溶液的质量流量、密度和温度参数，得到实际温度下的体积流量；
步骤二：在金属盐溶液温度≤36℃时，参考不同温度下标准滴定溶液的体积补正值，见表1，换算得到20℃时的体积流量，从而得到20℃、常压下的金属盐溶液的密度即补正后金属盐溶液密度；当金属盐溶液温度＞36℃，≤70℃时，近似以水在不同温度下的密度换算得到的体积膨胀值作为体积补正值，见表2，换算得到20℃时的体积流量，从而得到补正后金属盐溶液密度；
表1不同温度下标准滴定溶液的体积补正值
注1：本表数值是以20℃为标准温度以实测法测出；
注2:本表中带有“+”“-”号的数值是以20℃为分界，室温低于20℃的补正值为“+”，高于20℃的补正值为“-”；
注3:本表的用法：如1L硫酸溶液[C(1/2H2SO4)＝1mol/L]由25℃换算为20℃时，其体积补正值为-1.5mL，故40.00mL换算为20℃时体积为：V20＝40.00-(1.5/1000)*40.00＝39.94(mL)；
表2不同水温时水的密度表
注1：本表中各温度下的体积膨胀值的大小是基于水温为20℃时的修正值；
注2：本表的用法：如1L硫酸溶液[C(1/2H2SO4)＝1mol/L]由40℃换算为20℃时，其体积补正值约为6.03mL，故40.00mL换算为20℃时体积为：V20＝40.00-(6.03/1000)*40.00＝39.76(mL)；
步骤三：根据表3“20℃及常压下金属盐溶液在不同密度下对应的金属离子浓度的线性关系式”得到金属离子浓度，从而求得金属离子质量百分比，即金属离子浓度/补正后金属盐溶液密度；最后得出金属离子质量流量，即金属离子质量百分比×金属盐溶液质量流量；当金属离子质量的累计值与所要求的目标值一致时，完成一次精确配料；
表3用滴定法测得的金属盐溶液密度与金属离子浓度的线性关系方程式(以硫酸钴金属液为例)
2.根据权利要求1所述的一种三元前驱体金属盐溶液的精确配料方法，其特征在于：精确配料基于DCS控制系统通过编程组态全自动完成。
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