CN112279279B - 一种电池级单水氢氧化锂的制备方法 - Google Patents

一种电池级单水氢氧化锂的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种电池级单水氢氧化锂的制备方法，包括：(1)将粗制单水氢氧化锂产品与纯水进行溶解，滤除不溶物得到氢氧化锂溶液；(2)将氢氧化锂溶液加入浓缩釜中进行加热浓缩，直至所述氢氧化锂溶液的浓度达到25‑30波美度，获得浓缩液；(3)将获得的浓缩液转入结晶釜进行冷却结晶至60℃‑75℃时，向浓缩液中加入单水氢氧化锂晶种诱导结晶；(4)然后以10‑15℃/h的降温速率进行冷却结晶，直至冷却到室温，再依次进行离心分离、烘干，获得电池级单水氢氧化锂产品。本发明所制备的电池级单水氢氧化锂产品晶粒大，粒度均匀。

Description

一种电池级单水氢氧化锂的制备方法
技术领域
本发明涉及锂电池正极材料技术领域，具体涉及一种电池级单水氢氧化锂的制备方法。
背景技术
电池级单水氢氧化锂是生产三元锂电池正极材料的核心原料，主要有NCA、NCM、高镍材料等。
质量好的单水氢氧化锂产品晶粒大，晶型完整，不粘结，呈白色晶体状，而国内制备单水氢氧化锂通常采用蒸发结晶的方法，蒸发过程比较粗糙，结晶过程中过饱和度大，会出现晶核形成和晶体生长同时进行的情况，容易导致母液包藏杂质，出现粒度小，粉末状晶体较多，晶粒大小不均匀的情况。
发明内容
针对上述已有技术存在的不足，本发明提供一种粒度均匀、大颗粒电池级单水氢氧化锂的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的。
一种电池级单水氢氧化锂的制备方法，其特征在于，所述方法步骤包括：
(1)将粗制单水氢氧化锂产品与纯水按液固比(L/kg)3.8-4.0:1进行溶解，滤除不溶物得到氢氧化锂溶液；
(2)将经步骤(1)得到的氢氧化锂溶液加入浓缩釜中进行加热浓缩，其中，以0.5～2℃/min的加热速率进行加热浓缩，加热温度90℃-95℃，直至所述氢氧化锂溶液的浓度达到25-30波美度，获得浓缩液；
(3)将获得的浓缩液转入结晶釜进行冷却结晶，控制冷却速率15-20℃/h，直至冷却温度下降至60℃-75℃，此时溶液中开始产生少量肉眼可见的细小晶体，向浓缩液中加入单水氢氧化锂晶种，保温0.5h-1h诱导结晶；
(4)然后以10-15℃/h的降温速率进行冷却结晶，直至冷却到室温，再依次进行离心分离、烘干，获得电池级单水氢氧化锂产品。
进一步地，所述步骤(1)粗制单水氢氧化锂产品中含水率<5％，Na2SO4<5％，LiOH50％-56.5％。
进一步地，所述步骤(1)氢氧化锂溶液中Li：30-40g/L，Na≤3g/L，SO4 2-≤3g/L。
进一步地，所述步骤(3)单水氢氧化锂晶种是将单水氢氧化锂产品采用50目筛网筛分的筛下物；每1m3浓缩液中加入5-10Kg单水氢氧化锂晶种。
进一步地，所述步骤(3)结晶过程通入洁净气体，所述洁净气体为惰性气体，或去除二氧化碳和水分后的空气。
进一步地，所述步骤(3)结晶过程中需要充分搅拌，采用桨式或双层框式搅拌器，搅拌速度80-100r/min。
进一步地，所述步骤(3)加入单水氢氧化锂晶种后，调整搅拌转速为100-150r/min。
进一步地，所述步骤(4)调整搅拌转速为150-200r/min。
本发明的有益技术效果，本发明提供一种电池级单水氢氧化锂的制备方法，所制备的电池级单水氢氧化锂产品晶粒大(粒径100μm-200μm)，粒度均匀。
附图说明
图1为本发明制备得到的一种电池级单水氢氧化锂产品的形貌图。
图2为本发明制备得到的另一种电池级单水氢氧化锂产品的形貌图。
图3为采用现有技术制备得到的单水氢氧化锂产品的形貌图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
一种电池级单水氢氧化锂的制备方法，步骤包括：
(1)将粗制单水氢氧化锂产品与纯水按液固比(即纯水L与粗制单水氢氧化锂产品kg)3.8-4.0:1进行溶解，滤除微量不溶物得到氢氧化锂溶液；其中，粗制单水氢氧化锂产品(氢氧化锂粗溶液蒸发浓缩至30-40波美度，冷却结晶离心后所得产物)中，含水率<5％，主要杂质Na2SO4含量小于5％，主成分LiOH>50％；氢氧化锂溶液中Li：30-40g/L，Na≤3g/L，SO4 2-≤3g/L；
(2)将经步骤(1)得到的氢氧化锂溶液加入浓缩釜中进行加热浓缩，其中，以0.5～2℃/min的加热速率进行加热浓缩，加热温度90℃-95℃，直至氢氧化锂溶液的浓度达到25-30波美度，获得浓缩液；
(3)将获得的浓缩液转入结晶釜进行结晶，通入洁净气体，洁净气体为惰性气体如氮气，或去除二氧化碳和水分后的空气，防止生产碳酸锂，以15-20℃/h的冷却速率进行降温，并充分搅拌，采用桨式或双层框式搅拌器，实现液体轴向流动、径向流动、上下翻滚，搅拌速度80-100r/min；直至冷却温度下降至60℃-75℃，此时溶液中开始产生少量肉眼可见的细小晶体，向浓缩液中加入单水氢氧化锂晶种，调整搅拌转速为100-150r/min，保温0.5-1h诱导结晶；其中，单水氢氧化锂晶种是将单水氢氧化锂产品采用50目筛网筛分的筛下物；每1m3浓缩液中加入5-10Kg单水氢氧化锂晶种；
(4)然后以10-15℃/h的降温速率进行冷却结晶，直至冷却到室温，调整搅拌转速为150-200r/min，再依次进行离心分离、烘干，获得电池级单水氢氧化锂产品。
搅拌速度的调整：开始时搅拌速度80-100r/min，随着温度降低，晶浆浓度升高，需要提高搅拌速度，保证晶体呈悬浮状态，防止底部聚结，因此加入晶种后搅拌转速提高至100-150r/min，继续降温时可提速至150-200r/min。
实施例1
一种电池级单水氢氧化锂的制备方法，步骤包括：
(1)将粗制单水氢氧化锂产品与纯水按液固比(L/kg)3.8:1进行溶解，滤除不溶物得到氢氧化锂溶液；其中，粗制单水氢氧化锂产品中含水率4.8％，主要杂质Na2SO4含量2.9％，主成分LiOH为54.0％；氢氧化锂溶液中：Li 40g/L，Na 3g/L，SO4 2-3g/L；
(2)将经步骤(1)得到的1m3氢氧化锂溶液加入浓缩釜中进行加热浓缩，其中，以0.5℃/min的加热速率进行加热浓缩，加热温度90℃，直至氢氧化锂溶液的浓度达到25波美度，获得浓缩液；
(3)将1m3浓缩液转入结晶釜进行冷却结晶，通入氮气，以15℃/h的冷却速率进行降温，采用桨式搅拌器充分搅拌，搅拌速度80r/min，直至冷却温度下降至60℃时，向浓缩液中加入10Kg单水氢氧化锂晶种，调整搅拌转速为100r/min，保温0.5h诱导结晶；
(4)然后以10℃/h的降温速率进行冷却结晶，冷却至室温，调整搅拌转速为150r/min，保持晶粒悬浮，防止晶浆下沉聚结。直至冷却到室温，再依次进行高速离心分离、烘干，获得150μm粒度分布均匀的大颗粒电池级单水氢氧化锂产品。
成分如下：
％ Na Ca Mg Cl <![CDATA[SO<sub>4</sub>]]> K Fe Si Cu LiOH
指标 0.005 0.0008 0.005 0.002 0.015 0.003 0.0008 0.05 0.005 56.5
自制品 0.001 0.0004 0.0001 0.0001 0.0081 0.0001 0.0004 0.0007 0.0001 57
实施例2
一种电池级单水氢氧化锂的制备方法，步骤包括：
(1)将粗制单水氢氧化锂产品与纯水按液固比(L/kg)4.0:1进行溶解，滤除不溶物得到氢氧化锂溶液；其中，粗制单水氢氧化锂产品含水率4％，主要杂质Na2SO4含量2％，主含量LiOH 56％；氢氧化锂溶液中：Li 30g/L，Na 0.9g/L，SO4 2-1.95g/L；
(2)将经步骤(1)得到的1m3氢氧化锂溶液加入浓缩釜中进行加热浓缩，其中，以2℃/min的加热速率进行加热浓缩，加热温度95℃，直至氢氧化锂溶液的浓度达到28波美度，获得浓缩液；
(3)将1m3浓缩液转入结晶釜进行冷却结晶，通入氮气，以20℃/h的冷却速率进行降温，采用桨式搅拌器充分搅拌，搅拌速度100r/min，直至冷却温度下降至67℃时，向浓缩液中加入5Kg单水氢氧化锂晶种，调整搅拌转速为150r/min，保温0.5h诱导结晶；
(4)然后以15℃/h的降温速率进行冷却结晶，冷却至室温，调整搅拌转速为200r/min，保持晶粒悬浮，防止晶浆下沉聚结。直至冷却到室温，再依次进行高速离心分离、烘干，获得100μm粒度分布均匀的大颗粒电池级单水氢氧化锂产品。
成分如下：
Figure GDA0004138320660000051
Figure GDA0004138320660000061
实施例3
一种电池级单水氢氧化锂的制备方法，步骤包括：
(1)将粗制单水氢氧化锂产品与纯水按液固比(L/kg)3.9:1进行溶解，滤除不溶物得到氢氧化锂溶液；其中，粗制单水氢氧化锂产品含水率3％，主要杂质Na2SO4含量2％，主成分LiOH为55％；氢氧化锂溶液中：Li 35g/L，Na 0.5g/L，SO4 2-0.98g/L；
(2)将经步骤(1)得到的1m3氢氧化锂溶液加入浓缩釜中进行加热浓缩，其中，以1℃/min的加热速率进行加热浓缩，加热温度95℃，直至氢氧化锂溶液的浓度达到30波美度，获得浓缩液；
(3)将1m3浓缩液转入结晶釜进行冷却结晶，通入去除二氧化碳和水分后的空气，以18℃/h的冷却速率进行降温，采用双层框式搅拌器充分搅拌，搅拌速度90r/min，直至冷却温度下降至75℃时，向浓缩液中加入7Kg单水氢氧化锂晶种，调整搅拌转速为130r/min，保温1h诱导结晶；
(4)然后以12℃/h的降温速率进行冷却结晶，冷却至室温，调整搅拌转速为180r/min，保持晶粒悬浮，防止晶浆下沉聚结。直至冷却到室温，再依次进行高速离心分离、烘干，获得105μm粒度分布均匀的大颗粒电池级单水氢氧化锂产品。
成分如下：
％ Na Ca Mg Cl <![CDATA[SO<sub>4</sub>]]> K Fe Si Cu LiOH
指标 0.005 0.0008 0.005 0.002 0.015 0.003 0.0008 0.05 0.0055 56.5
自制品 0.001 0.0001 0.0001 0.0005 0.01 0.0001 0.0005 0.01 0.001 56.5
如图1和图2所示，采用本发明优化了搅拌、结晶速度、加入晶种的工艺，变为片状，粒度为＞100μm。
如图3所示，优化前为无定型，粒度＜50μm。
以上所述的仅是本发明的较佳实施例，并不局限发明。应当指出对于本领域的普通技术人员来说，在本发明所提供的技术启示下，还可以做出其它等同改进，均可以实现本发明的目的，都应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种电池级单水氢氧化锂的制备方法，其特征在于，所述方法步骤包括：
(1)将粗制单水氢氧化锂产品与纯水按液固比3.8-4.0:1进行溶解，滤除不溶物得到氢氧化锂溶液；所述粗制单水氢氧化锂产品中含水率<5％，Na2SO4<5％，LiOH 50％-56.5％；
(2)将经步骤(1)得到的氢氧化锂溶液加入浓缩釜中进行加热浓缩，其中，以0.5～2℃/min的加热速率进行加热浓缩，加热温度90℃-95℃，直至所述氢氧化锂溶液的浓度达到25-30波美度，获得浓缩液；
(3)将获得的浓缩液转入结晶釜进行冷却结晶，控制冷却速率15-20℃/h，直至冷却温度下降至60℃-75℃，向浓缩液中加入单水氢氧化锂晶种，保温0.5h-1h诱导结晶；
(4)然后以10-15℃/h的降温速率进行冷却结晶，直至冷却到室温，再依次进行离心分离、烘干，获得电池级单水氢氧化锂产品。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)氢氧化锂溶液中Li：30-40g/L，Na≤3g/L，SO4 2-≤3g/L。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)单水氢氧化锂晶种是将单水氢氧化锂产品采用50目筛网筛分的筛下物；每1m3浓缩液中加入5-10Kg单水氢氧化锂晶种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)结晶过程通入洁净气体，所述洁净气体为惰性气体，或去除二氧化碳和水分后的空气。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)结晶过程中需要充分搅拌，采用桨式或双层框式搅拌器，搅拌速度80-100r/min。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)加入单水氢氧化锂晶种后，调整搅拌转速为100-150r/min。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)调整搅拌转速为150-200r/min。
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