CN111217409B - 一种正极材料前驱体的洗涤方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种正极材料前驱体的洗涤方法,包括以下步骤:将含有杂质离子的正极材料前驱体置于洗涤装置中进行处理,得到杂质离子浓度达到要求的正极材料前驱体浆料;所述洗涤装置包括由阳离子选择性透过膜和阴离子选择性透过膜依次隔开的阴极室、混合料室和阳极室;所述阳离子选择性透过膜选自磺酰胺基聚吡咯和聚醚醚酮的渗透膜或磺酰胺基聚吡咯的渗透膜;所述阴离子选择性透过膜选自聚醚砜渗透膜。采用此种方法洗涤前驱体不会影响前驱体的形貌以及组分的同时前驱体的杂质Na+、SO4 2‑可以降低到100ppm以下保证了前驱体后期烧结材料后的优异的电化学性能,该方法同时节约大量的水,同时副产物Na+、SO4 2‑可以分别回收在利用,使用此方法洗涤降低材料生产成本。

Description

一种正极材料前驱体的洗涤方法
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域,具体涉及一种正极材料前驱体的洗涤方法。
背景技术
锂离子电池作为二次电池,已经成熟商业化应用于3C电子产品、移动电源、电动工具及电动自行车等小型动力电池领域,所使用的正极材料主要包括磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂及三元材料、富锂锰基正极材料等。随着全球能源格局的改变,适用于高比能(>250Wh/g镍钴锰三元材料以及富锂锰基正极材料引起了研究人员的广泛关注,有望商业化作为下一代动力电池的正极材料,例如混合动力车(HEV)或者纯电动车(EV)。
目前合成镍钴锰三元材料以及富锂锰基正极材料的方法主要包括高温固相法、溶胶凝胶法、水热合成法及共沉淀法等。其中,共沉淀法在液相化学合成粉体材料中应用最为广泛,产物中的有效组成可以实现原子、分子级别的均匀混合,设备简单,操作容易。但是,受制于该工艺严格的生产条件,存在前驱体合成过程中硫酸钠杂质含量较高,严重影响正极材料性能的发挥,传统的方法采用水洗,但是水洗过程中浪费大量的水,同时带来废水处理成本较高,直接影响前驱体生产成本进而影响正极材料的生产成本。
发明内容
有鉴于此,本发明要解决的技术问题在于提供一种正极材料前驱体的洗涤方法,本发明提供方法简单,洗涤效果好,不影响前驱体形貌,并且不会产生大量的废水。
本发明提供了一种正极材料前驱体的洗涤方法,包括以下步骤:
将含有杂质离子的正极材料前驱体置于洗涤装置中进行处理,得到杂质离子浓度达到要求的正极材料前驱体浆料;
所述洗涤装置包括由阳离子选择性透过膜和阴离子选择性透过膜依次隔开的阴极室、混合料室和阳极室;
所述阳离子选择性透过膜选自由磺酰胺基聚吡咯和聚醚醚酮制备的渗透膜或磺酰胺基聚吡咯渗透膜;
所述阴离子选择性透过膜选自聚醚砜渗透膜。
优选的,包括以下步骤:
将含有杂质离子的正极材料前驱体与水在混合料室中进行混合搅拌,然后在洗涤装置的两侧分别通电压,杂质中的阳离子和阴离子分别透过阳离子选择性透过膜和阴离子选择性透过膜在阴极室和阳极室富集,混合料室中得到杂质离子浓度达到要求的正极材料前驱体浆料;
将所述杂质离子浓度达到要求的正极材料前驱体浆料离心干燥,得到正极材料前驱体。
优选的,所述正极材料前驱体为锂离子电池正极材料前驱体,为NixCoyMn1-x-yCO3或NixCoyMn1-x-y(OH)2,其中0<x<1,0<y<1;
所述杂质离子为Na+和SO42-,其中前驱体原始钠离子浓度>1000ppm。
优选的,所述混合装置中混合料室中的温度为40~60℃,pH值为7.5~11.5。
优选的,所述通电压的范围为2000~5000V,所述通电压后的电流范围0.01~0.1A。
优选的,所述杂质离子浓度达到要求的Na+浓度<100ppm,SO4 2-浓度<50ppm。
优选的,所述由磺酰胺基聚吡咯和聚醚醚酮制备的渗透膜、磺酰胺基聚吡咯渗透膜和聚醚砜渗透膜采用浸没沉淀工艺制备。
优选的,所述由磺酰胺基聚吡咯和聚醚醚酮制备的渗透膜的制备方法为:
1)将磺酰胺基聚吡咯和聚醚醚酮加入至溶液中混合搅拌后进行加热反应,得到混合溶液;
2)将基膜浸渍于混合溶液中,然后干燥;
3)重复步骤2),得到膜片;
4)将所述膜片洗涤后烘干,得到由磺酰胺基聚吡咯和聚醚醚酮制备的渗透膜;
所述磺酰胺基聚吡咯渗透膜的制备方法为:
1)将磺酰胺基聚吡咯与溶剂混合进行加热,得到磺酰胺基聚吡咯溶液;
2)将基膜浸渍于磺酰胺基聚吡咯溶液中,然后干燥;
3)重复步骤2),得到膜片;
4)将所述膜片洗涤后烘干,得到磺酰胺基聚吡咯渗透膜;
所述聚醚砜渗透膜的制备方法为:
1)将聚醚砜与溶剂混合进行加热,得到聚醚砜溶液;
2)将基膜浸渍于聚醚砜溶液中,然后干燥;
3)重复步骤2),得到膜片;
4)将所述膜片洗涤后烘干,得到聚醚砜渗透膜。
优选的,所述由磺酰胺基聚吡咯和聚醚醚酮制备的渗透膜中,磺酰胺基聚吡咯和聚醚醚酮的质量比为1:(2~4),所述磺酰胺基聚吡咯的数据分子量为10000~100000,所述聚醚醚酮的数均分子量为100000~200000;
所述磺酰胺基聚吡咯渗透膜中,所述磺酰胺基聚吡咯的数据分子量为100000~200000;
所述聚醚砜渗透膜中,所述聚醚砜的数均分子量为100000~600000。
与现有技术相比,本发明提供了一种正极材料前驱体的洗涤方法,包括以下步骤:将含有杂质离子的正极材料前驱体置于洗涤装置中进行处理,得到杂质离子浓度达到要求的正极材料前驱体浆料;所述洗涤装置包括由阳离子选择性透过膜和阴离子选择性透过膜依次隔开的阴极室、混合料室和阳极室;所述阳离子选择性透过膜选自由磺酰胺基聚吡咯和聚醚醚酮制备的渗透膜或磺酰胺基聚吡咯渗透膜;所述阴离子选择性透过膜选自聚醚砜渗透膜。采用此种方法洗涤前驱体不会影响前驱体的形貌以及组分的同时前驱体的杂质Na+、SO4 2-可以降低到100ppm以下保证了前驱体后期烧结材料后的优异的电化学性能,该方法同时节约大量的水,同时副产物Na+、SO4 2-可以分别回收在利用,使用此方法洗涤降低材料生产成本。
附图说明
图1为本发明提供锂离子电池正极材料前驱体洗涤装置的结构示意图;
图2为实施例2洗涤前前驱体形貌;
图3为实施例2洗涤后前驱体形貌;
图4为对比实施例1洗涤后前驱体形貌;
图5为实施例2和对比实施例1洗涤后前驱体混锂烧结后得到锂离子电池正极材料电池循环性能对比。
具体实施方式
本发明提供了一种正极材料前驱体的洗涤方法,包括以下步骤:
将含有杂质离子的正极材料前驱体置于洗涤装置中进行处理,得到杂质离子浓度达到要求的正极材料前驱体浆料;
所述洗涤装置包括由阳离子选择性透过膜和阴离子选择性透过膜依次隔开的阴极室、混合料室和阳极室;
所述阳离子选择性透过膜选自磺酰胺基聚吡咯和聚醚醚酮的渗透膜或磺酰胺基聚吡咯的渗透膜;
所述阴离子选择性透过膜选自聚醚砜渗透膜。
本发明将含有杂质离子的正极材料前驱体置于洗涤装置中进行处理。
参见图1,图1为洗涤装置的结构示意图。图1中,1-PP罐;2-阴极室;3-加水口;4-阳离子选择性透过膜;5-PP罐;6-加料口;7-搅拌电机;8-搅拌桨;9-阴离子选择性透过膜;10-加料口;11-PP罐;12-出料口;13-混合料室;14-出料口;15-阳极室;16-出料口;17-电极+;18-电极-;19-电源。
所述洗涤装置包括由阳离子选择性透过膜和阴离子选择性透过膜依次隔开的阴极室、混合料室和阳极室。
其中,所述阴极室包括进水口和出料口,所述出料口用于回收含Na+的水溶液
所述混合料室包括加料口和出料口,其中,所述加料口用于加入含有杂质离子的正极材料前驱体浆料,所述出料口用于收集杂质离子浓度达到要求的正极材料前驱体浆料;所述混合料室中设置搅拌装置。
所述混合料室为含有杂质离子的正极材料前驱体加水混合搅拌的场所,所述洗料罐的容积为5L~5000L,所说洗料罐配有搅拌、加热,pH监测等设备,搅拌速速、加热温度、pH可以根据不同的前驱体不同杂质含量做出相应的调整。
所述阳极室包括加料口和出料口,所述加料口用于加入水,所述出料口用于回收含SO4 2-的水溶液。
在本发明中,所述阳离子选择性透过膜选自磺酰胺基聚吡咯和聚醚醚酮的渗透膜或磺酰胺基聚吡咯的渗透膜;
所述阴离子选择性透过膜选自聚醚砜渗透膜。
所述由磺酰胺基聚吡咯和聚醚醚酮制备的渗透膜、磺酰胺基聚吡咯渗透膜和聚醚砜渗透膜采用浸没沉淀工艺制备。
其中,所述由磺酰胺基聚吡咯和聚醚醚酮制备的渗透膜的制备方法为:
1)将磺酰胺基聚吡咯和聚醚醚酮和溶剂混合搅拌后进行加热反应,得到混合溶液;
2)将基膜浸渍于混合溶液中,然后干燥;
3)重复步骤2),得到膜片;
4)将所述膜片洗涤后烘干,得到由磺酰胺基聚吡咯和聚醚醚酮制备的渗透膜。
具体的,将磺酰胺基聚吡咯和聚醚醚酮按照1:(2~4)的质量比例混合于溶剂,室温下搅拌5~10h,升温至40~60℃反应5~10h,得到混合溶液,备用;所述溶剂优选为聚乙二醇。
将渗透膜基膜浸渍在上述混合溶液中,保持20~30min,取出进行真空干燥,干燥后再次浸渍在混合溶液中,重复上述步骤2~3次,得到干燥的膜片;
将干燥的膜片置于50℃的去离子水中,洗刷2~3遍,最终在烘箱中以80℃的温度条件烘干30~60min,得到由磺酰胺基聚吡咯和聚醚醚酮制备的渗透膜。
其中,所述磺酰胺基聚吡咯的数据分子量为100000~200000,所述聚醚醚酮的数均分子量为100000~200000。
所述磺酰胺基聚吡咯渗透膜的制备方法为:
1)将磺酰胺基聚吡咯和溶剂进行加热,得到磺酰胺基聚吡咯溶液;
2)将基膜浸渍于磺酰胺基聚吡咯溶液中,然后干燥;
3)重复步骤2),得到膜片;
4)将所述膜片洗涤后烘干,得到磺酰胺基聚吡咯渗透膜;
具体的,将磺酰胺基聚吡咯和溶剂室温下搅拌5~10h,升温至40~60℃保持5~10h,得到磺酰胺基聚吡咯溶液,备用;所述溶剂优选为N-甲基吡咯烷酮。
将渗透膜基膜浸渍在上述磺酰胺基聚吡咯溶液中,保持20~30min,取出进行真空干燥,干燥后再次浸渍在磺酰胺基聚吡咯溶液中,重复上述步骤2~3次,得到干燥的膜片;
将干燥的膜片置于50℃的去离子水中,洗刷2~3遍,最终在烘箱中以80℃的温度条件烘干30~60min,得到磺酰胺基聚吡咯渗透膜。
其中,所述磺酰胺基聚吡咯的数据分子量为100000-200000。
所述聚醚砜渗透膜的制备方法为:
1)将聚醚砜与溶剂进行加热,得到聚醚砜溶液;
2)将基膜浸渍于聚醚砜溶液中,然后干燥;
3)重复步骤2),得到膜片;
4)将所述膜片洗涤后烘干,得到聚醚砜渗透膜。
具体的,将聚醚砜与溶剂在室温下搅拌5~10h,升温至40~60℃保持5~10h,得到聚醚砜溶液,备用;所述溶剂选自N-甲基吡咯烷酮。
将渗透膜基膜浸渍在上述聚醚砜溶液中,保持20~30min,取出进行真空干燥,干燥后再次浸渍在聚醚砜溶液中,重复上述步骤2~3次,得到干燥的膜片;
将干燥的膜片置于50℃的去离子水中,洗刷2~3遍,最终在烘箱中以80℃的温度条件烘干30~60min,得到聚醚砜渗透膜。
其中,所述聚醚砜的数据分子量为100000~600000。
上述渗透膜基膜的种类选自PVA、BOPP、LDPE、PET、PA的一种。
本发明通过选用特定种类的阳离子选择性透过膜和阴离子选择性透过膜,可以显著提高正极材料前驱体的洗涤效果,降低正极材料前驱体浆料中杂质离子的浓度。
具体的,将含有杂质离子的正极材料前驱体与水在混合料室中进行混合搅拌,然后在洗涤装置的两侧分别通电压,杂质中的阳离子和阴离子分别透过阳离子选择性透过膜和阴离子选择性透过膜在阴极室和阳极室富集,混合料室中得到杂质离子浓度达到要求的正极材料前驱体浆料;
将所述杂质离子浓度达到要求的正极材料前驱体浆料离心干燥,得到正极材料前驱体。
在本发明中,所述正极材料前驱体为锂离子电池正极材料前驱体,为NixCoyMn1-x- yCO3或NixCoyMn1-x-y(OH)2,其中0<x<1,0<y<1。在本发明中,所述锂离子电池正极材料前驱体采用共沉淀法制备得到。
所述杂质离子为Na+和SO42-,其中前驱体原始钠离子浓度>1000ppm。在本发明的一些具体实施方式中,所述前驱体原始钠离子浓度1000~8000ppm。
含有杂质离子的正极材料前驱体与水在混合料室中进行混合搅拌时,所述混合装置中混合料室中的温度为40~60℃,优选为45~55℃,pH值为7.5~11.5。适当的温度、pH、搅拌速度根据前驱体原料中杂质离子浓度以及目标前驱体中杂质离子浓度情况不同可以做出相应的调整。
然后在洗涤装置的两侧分别通电压的范围为2000~5000V,所述通电压后的电流范围0.01~0.1A。含有杂质离子的正极材料前驱体在该电压和电流条件下,不会发生电离,并且能够保证处理后的前驱体的形貌不发生改变。所加电压、电流在洗涤过程中根据出料口杂质离子富集情况选择性调节,使得富集速度均匀可控。
在高电压下杂质离子Na+、SO4 2-选择性透过渗透膜往阴极室和阳极室富集。
最终,所述杂质离子浓度达到要求的Na+浓度<100ppm,SO4 2-浓度<50ppm。
采用此种方法洗涤前驱体不会影响前驱体的形貌以及组分的同时前驱体的杂质Na+、SO4 2-可以降低到100ppm以下保证了前驱体后期烧结材料后的优异的电化学性能,该方法同时节约大量的水,同时副产物Na+、SO4 2-可以分别回收在利用,使用此方法洗涤降低材料生产成本。
为了进一步理解本发明,下面结合实施例对本发明提供的正极材料前驱体的洗涤方法进行说明,本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
以下实施例中,所述由磺酰胺基聚吡咯和聚醚醚酮制备的渗透膜的制备方法为:
将磺酰胺基聚吡咯和聚醚醚酮按照1:3的质量比例混合于聚乙二醇中,室温下搅拌8h,升温至50℃反应8h,得到混合溶液,备用;
将渗透膜基膜浸渍在上述混合溶液中,保持25min,取出进行真空干燥,干燥后再次浸渍在混合溶液中,重复上述步骤3次,得到干燥的膜片;
将干燥的膜片置于50℃的去离子水中,洗刷3遍,最终在烘箱中以80℃的温度条件烘干40min,得到由磺酰胺基聚吡咯和聚醚醚酮制备的渗透膜。
其中,所述磺酰胺基聚吡咯的数据分子量为150000,所述聚醚醚酮的数均分子量为150000。
所述磺酰胺基聚吡咯渗透膜的制备方法为:
将磺酰胺基聚吡咯和N-甲基吡咯烷酮在室温下搅拌8h,升温至50℃保持8h,得到磺酰胺基聚吡咯溶液,备用;
将渗透膜基膜浸渍在上述磺酰胺基聚吡咯溶液中,保持25min,取出进行真空干燥,干燥后再次浸渍在磺酰胺基聚吡咯溶液中,重复上述步骤3次,得到干燥的膜片;
将干燥的膜片置于50℃的去离子水中,洗刷3遍,最终在烘箱中以80℃的温度条件烘干40min,得到磺酰胺基聚吡咯渗透膜。
其中,所述磺酰胺基聚吡咯的数据分子量为150000。
所述聚醚砜渗透膜的制备方法为:
将聚醚砜与N-甲基吡咯烷酮在室温下搅拌8h,升温至50℃保持8h,得到聚醚砜溶液,备用;
将渗透膜基膜浸渍在上述聚醚砜溶液中,保持25min,取出进行真空干燥,干燥后再次浸渍在聚醚砜溶液中,重复上述步骤3次,得到干燥的膜片;
将干燥的膜片置于50℃的去离子水中,洗刷3遍,最终在烘箱中以80℃的温度条件烘干40min,得到聚醚砜渗透膜。
其中,所述聚醚砜的数据分子量为300000。
上述渗透膜基膜的种类选自PVA。
实施例1
本实施例提供了一种锂离子电池正极材料前驱体洗涤装置,参见图1,图1为本发明提供的一种锂离子电池正极材料前驱体洗涤装置的示意图,其中,其中,1-PP罐;2-阴极室;3-加水口;4-阳离子选择性透过膜;5-PP罐;6-加料口;7-搅拌电机;8-搅拌桨;9-阴离子选择性透过膜;10-加料口;11-PP罐;12-出料口;13-混合料室;14-出料口;15-阳极室;16-出料口;17-电极+;18-电极;-19-电源。
本实施例提供的锂离子电池正极材料前驱体洗涤方法及其装置包括
本发明提供了一种锂离子电池正极材料前驱体洗涤方法及其装置,包括:洗料搅拌罐包括加水口、加料口、搅拌电机、搅拌桨;
阴极室包括储罐、以及允许阴离子透过的选择性膜,阴离子溶液出料口以及设置于上面的阴电极;
阳极室包括包括储罐、以及允许阳离子透过的膜、阳离子溶液出料口以及设置于上面的阳电极;
所述洗涤装置还包括外加电源和相应附属设施包括管道等。
以下实施例2~7均采用实施例1提供的洗涤装置。
实施例2
一种锂离子电池正极材料前驱体洗涤方法,包括以下步骤:
1)采用共沉淀方法合成锂离子电池正极材料前驱体,其主要为Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2;其含有杂质离子为Na+和SO4 2-,其中前驱体原始钠离子浓度为8000ppm
2)将100公斤前驱体加入250L洗料槽内加入100L去离子水搅拌;
3)将洗料槽中固液混合物温度控制在45℃、pH在10.5左右下开启搅拌,
4)加上电压2500V左右,在电场的作用下前驱体中含有的杂质离子Na+、SO4 2-分别透过阴阳离子磺酰胺基聚吡咯的渗透膜和聚醚砜渗透膜往阴极室B和阳极室C富集,
5)将杂质离子浓度达到要求前驱体浆料有出料口排出,离心干燥得到前驱体。
6)透过选择性渗透膜往阴极室B和阳极室C富集阴阳离子Na+、SO4 2-分别回收再利用
经过检测上述5)得到的前驱体杂质离子浓度其Na+浓度80ppm,SO4 2-浓度为40ppm。通过扫描电子显微镜观察前驱体球形颗粒完整,将上述前驱体混锂高温烧结得到锂离子电池正极材料经过检测采用此方法得到的前驱体经混料烧结后材料的电化学性能显示材料循环稳定性优异。
实施例3
一种锂离子电池正极材料前驱体洗涤方法,包括以下步骤:
1)采用共沉淀方法合成锂离子电池正极材料前驱体,其主要为Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2;其含有杂质离子为Na+和SO4 2-,其中前驱体原始钠离子浓度为8000ppm
2)将100公斤前驱体加入250L洗料槽内加入100L去离子水搅拌;
3)将洗料槽中固液混合物温度控制在45℃、pH在10.5左右下开启搅拌,
4)加上电压2500V左右,在电场的作用下前驱体中含有的杂质离子Na+、SO4 2-分别透过阴阳离子磺酰胺基聚吡咯的渗透膜和聚醚砜渗透膜往阴极室B和阳极室C富集,
5)将杂质离子浓度达到要求前驱体浆料有出料口排出,离心干燥得到前驱体。
6)透过选择性渗透膜往阴极室B和阳极室C富集阴阳离子Na+、SO4 2-分别回收再利用
经过检测上述5)得到的前驱体杂质离子浓度其Na+浓度80ppm,SO4 2-浓度为40ppm
实施例4
一种锂离子电池正极材料前驱体洗涤方法,包括以下步骤:
1)采用共沉淀方法合成锂离子电池正极材料前驱体,其主要为Ni0.6Co0.2Mn0.2(OH)2;其含有杂质离子为Na+和SO4 2-,其中前驱体原始钠离子浓度为8000ppm
2)将100公斤前驱体加入250L洗料槽内加入100L去离子水搅拌;
3)将洗料槽中固液混合物温度控制在50℃、pH在11.5左右下开启搅拌,
4)加上电压3000V左右,在电场的作用下前驱体中含有的杂质离子Na+、SO4 2-分别透过阴阳离子由磺酰胺基聚吡咯和聚醚醚酮制备的渗透膜和聚醚砜渗透膜往阴极室B和阳极室C富集,
5)将杂质离子浓度达到要求前驱体浆料有出料口排出,离心干燥得到前驱体。
6)透过选择性渗透膜往阴极室B和阳极室C富集阴阳离子Na+、SO4 2-分别回收再利用
经过检测上述5)得到的前驱体杂质离子浓度其Na+浓度80ppm,SO4 2-浓度为40ppm
实施例5
一种锂离子电池正极材料前驱体洗涤方法,包括以下步骤:
1)采用共沉淀方法合成锂离子电池正极材料前驱体,其主要为Ni0.2Co0.2Mn0.6CO3;其含有杂质离子为Na+和SO4 2-,其中前驱体原始钠离子浓度为10000ppm
2)将100公斤前驱体加入250L洗料槽内加入100L去离子水搅拌;
3)将洗料槽中固液混合物温度控制在50℃、pH在11.2左右下开启搅拌,
4)加上电压5000V左右,在电场的作用下前驱体中含有的杂质离子Na+、SO4 2-分别透过阴阳离子由磺酰胺基聚吡咯和聚醚醚酮制备的渗透膜和聚醚砜渗透膜往阴极室B和阳极室C富集,
5)将杂质离子浓度达到要求前驱体浆料有出料口排出,离心干燥得到前驱体。
6)透过选择性渗透膜往阴极室B和阳极室C富集阴阳离子Na+、SO4 2-分别回收再利用
经过检测上述5)得到的前驱体杂质离子浓度其Na+浓度100ppm,SO4 2-浓度为50ppm
实施例6
一种锂离子电池正极材料前驱体洗涤方法,包括以下步骤:
1)采用共沉淀方法合成锂离子电池正极材料前驱体,其主要为Ni0.2Mn0.8CO3;其含有杂质离子为Na+和SO4 2-,其中前驱体原始钠离子浓度为9000ppm
2)将100公斤前驱体加入250L洗料槽内加入100L去离子水搅拌;
3)将洗料槽中固液混合物温度控制在50℃、pH在11.0左右下开启搅拌,
4)加上电压5000V左右,在电场的作用下前驱体中含有的杂质离子Na+、SO4 2-分别透过阴阳离子由磺酰胺基聚吡咯和聚醚醚酮制备的渗透膜和聚醚砜渗透膜往阴极室B和阳极室C富集,
5)将杂质离子浓度达到要求前驱体浆料有出料口排出,离心干燥得到前驱体。
6)透过选择性渗透膜往阴极室B和阳极室C富集阴阳离子Na+、SO4 2-分别回收再利用
经过检测上述5)得到的前驱体杂质离子浓度其Na+浓度100ppm,SO4 2-浓度为50ppm
实施例7
一种锂离子电池正极材料前驱体洗涤方法,包括以下步骤:
1)采用共沉淀方法合成锂离子电池正极材料前驱体,其主要为Ni0.25Mn0.75CO3;其含有杂质离子为Na+和SO4 2-,其中前驱体原始钠离子浓度为9000ppm
2)将100公斤前驱体加入250L洗料槽内加入100L去离子水搅拌;
3)将洗料槽中固液混合物温度控制在55℃、pH在11.0左右下开启搅拌,
4)加上电压5000V左右,在电场的作用下前驱体中含有的杂质离子Na+、SO4 2-分别透过阴阳离子由磺酰胺基聚吡咯和聚醚醚酮制备的渗透膜和聚醚砜渗透膜往阴极室B和阳极室C富集,
5)将杂质离子浓度达到要求前驱体浆料有出料口排出,离心干燥得到前驱体。
6)透过选择性渗透膜往阴极室B和阳极室C富集阴阳离子Na+、SO4 2-分别回收再利用
经过检测上述5)得到的前驱体杂质离子浓度其Na+浓度100ppm,SO4 2-浓度为50ppm
实施例8
一种锂离子电池正极材料前驱体洗涤方法,包括以下步骤:
1)采用共沉淀方法合成锂离子电池正极材料前驱体,其主要为Ni0.20Co0.05Mn0.75CO3;其含有杂质离子为Na+和SO4 2-,其中前驱体原始钠离子浓度为8000ppm
2)将100公斤前驱体加入250L洗料槽内加入100L去离子水搅拌;
3)将洗料槽中固液混合物温度控制在55℃、pH在11.2左右下开启搅拌,
4)加上电压3500V左右,在电场的作用下前驱体中含有的杂质离子Na+、SO4 2-分别透过阴阳离子由磺酰胺基聚吡咯和聚醚醚酮制备的渗透膜和聚醚砜渗透膜往阴极室B和阳极室C富集,
5)将杂质离子浓度达到要求前驱体浆料有出料口排出,离心干燥得到前驱体。
6)透过选择性渗透膜往阴极室B和阳极室C富集阴阳离子Na+、SO4 2-分别回收再利用
经过检测上述5)得到的前驱体杂质离子浓度其Na+浓度80ppm,SO4 2-浓度为35ppm
对比实施例1
一种锂离子电池正极材料前驱体洗涤方法,包括以下步骤:
1)采用共沉淀方法合成锂离子电池正极材料前驱体,其主要为Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2;其含有杂质离子为Na+和SO4 2-,其中前驱体原始钠离子浓度为8000ppm
2)将100公斤前驱体加入250L洗料槽内加入100L去离子水搅拌;
3)将洗料槽中固液混合物温度控制在45℃、pH在10.5左右下开启搅拌,
4)加上电压6500V左右,在电场的作用下前驱体中含有的杂质离子Na+、SO4 2-分别透过阴阳离子磺酰胺基聚吡咯的渗透膜和聚醚砜渗透膜往阴极室B和阳极室C富集,
5)将杂质离子浓度达到要求前驱体浆料有出料口排出,离心干燥得到前驱体。
6)透过选择性渗透膜往阴极室B和阳极室C富集阴阳离子Na+、SO4 2-分别回收再利用
经过检测上述5)得到的前驱体杂质离子浓度其Na+浓度80ppm,SO4 2-浓度为40ppm。通过扫描电子显微镜观察前驱体存在部分疏松破碎,将上述前驱体混锂高温烧结得到锂离子电池正极材料经过检测采用此方法得到的前驱体经混料烧结后材料的电化学性能显示材料循环稳定性变差。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种正极材料前驱体的洗涤方法,其特征在于,包括以下步骤:
将含有杂质离子的正极材料前驱体置于洗涤装置中进行处理,得到杂质离子浓度达到要求的正极材料前驱体浆料;
所述洗涤装置包括由阳离子选择性透过膜和阴离子选择性透过膜依次隔开的阴极室、混合料室和阳极室;
所述阳离子选择性透过膜选自由磺酰胺基聚吡咯和聚醚醚酮制备的渗透膜;
所述阴离子选择性透过膜选自聚醚砜渗透膜;
所述的洗涤方法包括以下步骤:
将含有杂质离子的正极材料前驱体与水在混合料室中进行混合搅拌,然后在洗涤装置的两侧分别通电压,杂质中的阳离子和阴离子分别透过阳离子选择性透过膜和阴离子选择性透过膜在阴极室和阳极室富集,混合料室中得到杂质离子浓度达到要求的正极材料前驱体浆料;
将所述杂质离子浓度达到要求的正极材料前驱体浆料离心干燥,得到正极材料前驱体。
2.根据权利要求1所述的洗涤方法,其特征在于,所述正极材料前驱体为锂离子电池正极材料前驱体,为NixCoyMn1-x-yCO3或NixCoyMn1-x-y(OH)2,其中0<x<1,0<y<1;
所述杂质离子为Na+和SO42-,其中前驱体原始钠离子浓度>1000ppm。
3.根据权利要求1所述的洗涤方法,其特征在于,所述混合装置中混合料室中的温度为40~60℃,pH值为7.5~11.5。
4.根据权利要求1所述的洗涤方法,其特征在于,所述通电压的范围为2000~5000V,所述通电压后的电流范围0.01~0.1A。
5.根据权利要求1所述的洗涤方法,其特征在于,所述杂质离子浓度达到要求的Na+浓度<100ppm,SO4 2-浓度<50ppm。
6.根据权利要求1所述的洗涤方法,其特征在于,所述由磺酰胺基聚吡咯和聚醚醚酮制备的渗透膜、磺酰胺基聚吡咯渗透膜和聚醚砜渗透膜采用浸没沉淀工艺制备。
7.根据权利要求6所述的洗涤方法,其特征在于,所述由磺酰胺基聚吡咯和聚醚醚酮制备的渗透膜的制备方法为:
1)将磺酰胺基聚吡咯和聚醚醚酮加入至溶液中混合搅拌后进行加热反应,得到混合溶液;
2)将基膜浸渍于混合溶液中,然后干燥;
3)重复步骤2),得到膜片;
4)将所述膜片洗涤后烘干,得到由磺酰胺基聚吡咯和聚醚醚酮制备的渗透膜;
所述磺酰胺基聚吡咯渗透膜的制备方法为:
1)将磺酰胺基聚吡咯与溶剂混合进行加热,得到磺酰胺基聚吡咯溶液;
2)将基膜浸渍于磺酰胺基聚吡咯溶液中,然后干燥;
3)重复步骤2),得到膜片;
4)将所述膜片洗涤后烘干,得到磺酰胺基聚吡咯渗透膜;
所述聚醚砜渗透膜的制备方法为:
1)将聚醚砜与溶剂混合进行加热,得到聚醚砜溶液;
2)将基膜浸渍于聚醚砜溶液中,然后干燥;
3)重复步骤2),得到膜片;
4)将所述膜片洗涤后烘干,得到聚醚砜渗透膜。
8.根据权利要求6所述的洗涤方法,其特征在于,所述由磺酰胺基聚吡咯和聚醚醚酮制备的渗透膜中,磺酰胺基聚吡咯和聚醚醚酮的质量比为1:(2~4),所述磺酰胺基聚吡咯的数据分子量为10000~100000,所述聚醚醚酮的数均分子量为100000~200000;
所述磺酰胺基聚吡咯渗透膜中,所述磺酰胺基聚吡咯的数据分子量为100000~200000;
所述聚醚砜渗透膜中,所述聚醚砜的数均分子量为100000~600000。
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