CN110404674B - 一种锂电池正极材料中磁性物质的去除方法及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于锂电池材料技术领域，具体涉及一种锂电池正极材料中磁性物质的去除方法及检测方法，包括用过氧化氢溶液对含有磁性物质的锂电池正极材料进行洗涤，经过过氧化氢溶液洗涤处理后，磁性物质和过氧化氢溶液在常温碱性环境下反应，生成了没有磁性的氢氧化物,将洗涤后的正极材料进行加热烘干处理；然后清洗提取磁性物质，检测锂电池正极材料中磁颗粒数量。通过上述技术方案，实现了通过简单处理就能得到含磁性杂质较低的正极材料，从而提高了正极材料的性能，降低生产成本，有利于今后新能源电池的推广。
Description
技术领域
本发明属于锂电池材料技术领域，具体涉及一种锂电池正极材料中磁性物质的去除方法及检测方法。
背景技术
新能源汽车是未来汽车发展的方向，而动力电池是新能源汽车区别于传统燃油汽车的重要组成部分。目前，新能源汽车领域用的锂离子电池主要有两类：一类是正极材料为磷酸铁锂(LFP)电池，一类为三元材料电池。由于磷酸铁锂的能量密度不足，已逐渐不能满足社会发展的需求；而三元电池的高电压、高能量密度有望满足人们的需求。
目前虽然电池设计和管理系统已能基本消除单体以至模块条件下过电压、短路、挤压等情况下的安全隐患，但锂电池整包级别的安全性能问题仍没有得到完全解决。特别是材料中的金属杂质等磁性物质，尤其是其中的单质铁，在电池制作过程中常常引起电池自放电、电池过充、储存性能差、电池一致性无法保证、甚至引起电池短路，发生爆炸。
传统去除正极材料内磁性物质主要分为永磁除铁与电磁除铁两种方法，但这两种方法只能将体积较大或与永磁铁接触较近的磁性物质去除，并不能将所有磁性物质彻底去除。此两种传统方法处理后的材料应用于动力电池，其循环、安全、一致性、高温等性能依然具有极高的风险，且设备昂贵，成本很高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂电池正极材料中磁性物质的去除方法及检测方法，以解决目前正极材料磁性杂质含量较高的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种锂电池正极材料中磁性物质的去除方法，用过氧化氢溶液处理锂电池正极材料以去除正极材料中的磁性物质；用过氧化氢溶液对含有磁性物质的锂电池正极材料进行洗涤，经过过氧化氢溶液洗涤处理后，磁性物质和过氧化氢溶液在常温碱性环境下反应，生成了没有磁性的氢氧化物；将洗涤后的正极材料，在条件为温度300-500℃，时间3-6h进行烘干处理，生成的氢氧化物在加热状态下生成氧化物，过氧化氢分解成氧气和水蒸气，氧气与正极材料反应，进一步增强了材料结构的完整性,同时，材料中未被过氧化氢溶液氧化的极少量磁性物质在富氧环境中，生成金属氧化物。
优选的，所述磁性物质为单质铁、铜、锌、铬和镍。
优选的，所述碱性环境的pH值为10.5-12.5。
优选的，所述磁性物质和过氧化氢溶液在碱性环境下反应的化学式为：2Fe+5H2O2＝2Fe(OH)3+2H2O+O2。
优选的，所述生成金属氧化物的反应为：2Cu+O2＝2CuO；2Zn+O2＝2ZnO；
4Cr+3O2＝2Cr2O3；Ni+O2＝2NiO。
优选的，所述生成的氢氧化物在加热状态下生成氧化物的反应为：2Fe(OH)3＝Fe2O3+3H2O。
优选的，铜、锌、铬、镍和氧气分别反应的条件为加热。
优选的，所述过氧化氢溶液的浓度为25％-35％。
优选的，所述过氧化氢溶液的浓度为30％。
优选的，所述正极材料为镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、锰酸锂、钴酸锂或磷酸铁锂锂电池正极材料。
一种锂电池正极材料中磁颗粒数检测方法，用于检测所述正极材料中磁性颗粒的数量，包括以下步骤：向两个可密封的塑料桶Ⅰ和塑料桶Ⅱ内分别注入6L的纯水，塑料桶Ⅰ内加入1kg正极材料，将磁棒热密封在塑料管内并在塑料桶Ⅰ内搅拌15min，取出，再放入塑料桶Ⅱ内搅拌15min，取出，此过程重复3次后将塑料管与磁棒分离，将塑料管上的磁性物质转移到烧杯中，用小磁块贴着烧杯底部，用纯水清洗杯内液体，直至水澄清，将烧杯中的水转移到放好滤纸的抽滤瓶中，用纯水洗涤烧杯并转移到抽滤瓶中抽滤、烘干后得到磁性杂质，将磁性杂质转移到洁净度显微镜的样品盒中，通过洁净度显微镜对其进行检测。
优选的：所述磁棒规格为
磁性强度为6000高斯，塑料管规格为
塑料桶容积为10L。
优选的：所述热密封的温度为130-150℃。
优选的：所述搅拌的转速为60r/min。
优选的：所述烘干的条件为温度60℃、时间10min。
本发明的有益效果:本发明通过上述技术方案，实现了通过简单处理就能得到含磁性杂质较低的正极材料，从而提高了正极材料的性能，降低生产成本，有利于今后新能源电池的推广。
附图说明
图1为本发明改善前磁性颗粒数量示意图；
图2为本发明改善后磁性颗粒数量示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例1
一种锂电池正极材料中磁性物质的去除方法，用过氧化氢溶液处理锂
电池正极材料镍钴锰酸锂以去除镍钴锰酸锂中的磁性物质；用过氧化氢溶液对含有磁性物质的锂电池正极材料进行洗涤，经过过氧化氢溶液洗涤处理后，磁性物质和过氧化氢溶液在常温碱性环境下反应，生成了没有磁性的氢氧化物；将洗涤后的正极材料，在条件为温度300℃，时间3h进行烘干处理，生成的氢氧化物在加热状态下生成氧化物，过氧化氢分解成氧气和水蒸气，氧气与正极材料反应，进一步增强了材料结构的完整性，材料中未被过氧化氢溶液氧化的极少量磁性物质在富氧环境中，生成金属氧化物。
其中，磁性物质为单质铁、铜、锌、铬和镍。
其中，碱性环境的pH值为11.8。
其中，磁性物质和过氧化氢溶液在碱性环境下反应的化学式为：
2Fe+5H2O2＝2Fe(OH)3+2H2O+O2。
其中，生成金属氧化物的反应为：2Cu+O2＝2CuO；2Zn+O2＝2ZnO；4Cr+3O2＝2Cr2O3；Ni+O2＝2NiO。
其中，所述生成的氢氧化物在加热状态下生成氧化物的反应为：2Fe(OH)3＝Fe2O3+3H2O。
其中：铜、锌、铬、镍和氧气分别反应的条件为加热。
其中：过氧化氢溶液的浓度为30％。
一种锂电池正极材料中磁颗粒数检测方法，用于检测所述正极材料中磁性颗粒的数量，包括以下步骤：向两个可密封的塑料桶Ⅰ和塑料桶Ⅱ内分别注入6L的纯水，塑料桶Ⅰ内加入1kg正极材料，将磁棒热密封在塑料管内并在塑料桶Ⅰ内搅拌15min，取出，再放入塑料桶Ⅱ内搅拌15min，取出，此过程重复3次后将塑料管与磁棒分离，将塑料管上的磁性物质转移到烧杯中，用小磁块贴着烧杯底部，用纯水清洗杯内液体，直至水澄清，将烧杯中的水转移到放好滤纸的抽滤瓶中，用纯水洗涤烧杯并转移到抽滤瓶中抽滤、烘干后得到磁性杂质，将磁性杂质转移到洁净度显微镜的样品盒中，通过洁净度显微镜对其进行检测。
其中：磁棒规格为
磁性强度为6000高斯，塑料管规格为
塑料桶容积为10L。
其中：热密封的温度为130℃。
其中：搅拌的转速为60r/min。
其中：烘干的条件为温度60℃、时间10min。
通过本方案得到的正极材料镍钴锰酸锂的磁性颗粒数含量为5pcs/kg。
实施例2
一种锂电池正极材料中磁性物质的去除方法，用过氧化氢溶液处理锂电池正极材料镍钴铝酸锂以去除镍钴铝酸锂中的磁性物质；用过氧化氢溶液对含有磁性物质的锂电池正极材料进行洗涤，经过过氧化氢溶液洗涤处理后，磁性物质和过氧化氢溶液在常温碱性环境下反应，生成了没有磁性的氢氧化物；将洗涤后的正极材料，在条件为温度500℃，时间6h进行烘干处理，生成的氢氧化物在加热状态下生成氧化物，过氧化氢分解成氧气和水蒸气，氧气与正极材料反应，进一步增强了材料结构的完整性，材料中未被过氧化氢溶液氧化的极少量磁性物质在富氧环境中，生成金属氧化物。
其中，磁性物质为单质铁、铜、锌、铬和镍。
其中，碱性环境的pH值为10.5。
其中，磁性物质和过氧化氢溶液在碱性环境下反应的化学式为：
2Fe+5H2O2＝2Fe(OH)3+2H2O+O2。
其中，生成金属氧化物的反应为：2Cu+O2＝2CuO；2Zn+O2＝2ZnO；
4Cr+3O2＝2Cr2O3；Ni+O2＝2NiO。
其中，所述生成的氢氧化物在加热状态下生成氧化物的反应为：2Fe(OH)3＝Fe2O3+3H2O。
其中，铜、锌、铬、镍和氧气分别反应的条件为加热。
其中，过氧化氢溶液的浓度为30％。
一种锂电池正极材料中磁颗粒数检测方法，用于检测所述正极材料中磁性颗粒的数量，包括以下步骤：向两个可密封的塑料桶Ⅰ和塑料桶Ⅱ内分别注入6L的纯水，塑料桶Ⅰ内加入1kg正极材料，将磁棒热密封在塑料管内并在塑料桶Ⅰ内搅拌15min，取出，再放入塑料桶Ⅱ内搅拌15min，取出，此过程重复3次后将塑料管与磁棒分离，将塑料管上的磁性物质转移到烧杯中，用小磁块贴着烧杯底部，用纯水清洗杯内液体，直至水澄清，将烧杯中的水转移到放好滤纸的抽滤瓶中，用纯水洗涤烧杯并转移到抽滤瓶中抽滤、烘干后得到磁性杂质，将磁性杂质转移到洁净度显微镜的样品盒中，通过洁净度显微镜对其进行检测。
其中：磁棒规格为
磁性强度为6000高斯，塑料管规格为
塑料桶容积为10L。
其中：热密封的温度为150℃。
其中：搅拌的转速为60r/min。
其中：烘干的条件为温度60℃、时间10min。
通过本方案得到的正极材料镍钴铝酸锂的磁性颗粒数含量为3pcs/kg。
实施例3
一种锂电池正极材料中磁性物质的去除方法，用过氧化氢溶液处理锂
电池正极材料锰酸锂以去除锰酸锂中的磁性物质；用过氧化氢溶液对含有磁性物质的锂电池正极材料进行洗涤，经过过氧化氢溶液洗涤处理后，磁性物质和过氧化氢溶液在常温碱性环境下反应，生成了没有磁性的氢氧化物；将洗涤后的正极材料，在条件为温度400℃，时间4.5h进行烘干处理，生成的氢氧化物在加热状态下生成氧化物，过氧化氢分解成氧气和水蒸气，氧气与正极材料反应，进一步增强了材料结构的完整性，材料中未被过氧化氢溶液氧化的极少量磁性物质在富氧环境中，生成金属氧化物。
其中，磁性物质为单质铁、铜、锌、铬和镍。
其中，碱性环境的pH值为12.5。
其中，磁性物质和过氧化氢溶液在碱性环境下反应的化学式为：
2Fe+5H2O2＝2Fe(OH)3+2H2O+O2。
其中，生成金属氧化物的反应为：2Cu+O2＝2CuO；2Zn+O2＝2ZnO；
4Cr+3O2＝2Cr2O3；Ni+O2＝2NiO。
其中，所述生成的氢氧化物在加热状态下生成氧化物的反应为：2Fe(OH)3＝Fe2O3+3H2O。
其中，铜、锌、铬、镍和氧气分别反应的条件为加热。
其中：过氧化氢溶液的浓度为30％。
一种锂电池正极材料中磁颗粒数检测方法，用于检测所述正极材料中磁性颗粒的数量，包括以下步骤：向两个可密封的塑料桶Ⅰ和塑料桶Ⅱ内分别注入6L的纯水，塑料桶Ⅰ内加入1kg正极材料，将磁棒热密封在塑料管内并在塑料桶Ⅰ内搅拌15min，取出，再放入塑料桶Ⅱ内搅拌15min，取出，此过程重复3次后将塑料管与磁棒分离，将塑料管上的磁性物质转移到烧杯中，用小磁块贴着烧杯底部，用纯水清洗杯内液体，直至水澄清，将烧杯中的水转移到放好滤纸的抽滤瓶中，用纯水洗涤烧杯并转移到抽滤瓶中抽滤、烘干后得到磁性杂质，将磁性杂质转移到洁净度显微镜的样品盒中，通过洁净度显微镜对其进行检测。
其中：磁棒规格为
磁性强度为6000高斯，塑料管规格为
塑料桶容积为10L。
其中：热密封的温度为140℃。
其中：搅拌的转速为60r/min。
其中：烘干的条件为温度60℃、时间10min。
通过本方案得到的正极材料锰酸锂的磁性颗粒数含量为7pcs/kg。
将通过上述技术方案分别得到改善前和改善后的正极材料，改善前后磁性颗粒数的含量对比表如下。
| 状态 | 镍钴锰酸锂 | 镍钴铝酸锂 | 锰酸锂 |
| 改善前(pcs/kg) | 90 | 107 | 86 |
| 改善后(pcs/kg) | 5 | 3 | 7 |
以上，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (6)
1.一种锂电池正极材料中磁性物质的去除方法，其特征在于：用过氧化氢溶液对含有磁性物质的锂电池正极材料进行洗涤，经过过氧化氢溶液洗涤处理后，磁性物质和过氧化氢溶液在常温碱性环境下反应，生成了没有磁性的氢氧化物；将洗涤后的正极材料，在条件为温度300-500℃，时间3-6h进行烘干处理，生成的氢氧化物在加热状态下生成氧化物，过氧化氢分解成氧气和水蒸气，氧气与正极材料反应，进一步增强了材料结构的完整性，同时，材料中未被过氧化氢溶液氧化的极少量磁性物质在富氧环境中，生成金属氧化物。
2.根据权利要求1所述一种锂电池正极材料中磁性物质的去除方法，其特征在于：所述磁性物质为单质铁、铜、锌、铬和镍。
3.根据权利要求1所述一种锂电池正极材料中磁性物质的去除方法，其特征在于：所述碱性环境的pH值为10.5-12.5。
4.根据权利要求1所述一种锂电池正极材料中磁性物质的去除方法，其特征在于：所述磁性物质和过氧化氢溶液在碱性环境下反应的化学式为：2Fe+5H2O2＝2Fe(OH)3+2H2O+O2；所述生成金属氧化物的反应为：2Cu+O2＝2CuO；2Zn+O2＝2ZnO；4Cr+3O2＝2Cr2O3；Ni+O2＝2NiO；所述生成的氢氧化物在加热状态下生成氧化物的反应为：2Fe(OH)3＝Fe2O3+3H2O；铜、锌、铬、镍和氧气分别反应的条件为加热。
5.根据权利要求1所述一种锂电池正极材料中磁性物质的去除方法，其特征在于：所述过氧化氢溶液的浓度为25％-30％。
6.根据权利要求1所述一种锂电池正极材料中磁性物质的去除方法，其特征在于：所述过氧化氢溶液的浓度为30％。
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