CN114477315A - 一种镍钴锰三元正极材料前驱体的合成方法 - Google Patents

一种镍钴锰三元正极材料前驱体的合成方法 Download PDF

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Abstract

一种镍钴锰三元正极材料前驱体的合成方法，包括：将镍钴锰三元液、液碱溶液、氨水溶液并流加入含有底液的反应釜进行合成反应；待合成的物料颗粒D50达到2.5～3.5μm时，停止进料，经陈化、压滤成固态晶种；重复合成反应步骤，待合成的物料颗粒D50达到12.0‑15.0μm时，加入晶种，待合成的物料颗粒D10在4.5～9.5，D50在12.0～18.0，D90在22.0～28.0之间时，停止加入晶种，物料经陈化、洗涤除杂、脱水、烘干、混批、筛分、除铁后包装成成品。本发明通过将固态晶种定量加入合成体系中，能快速、精确调节合成过程中前驱体颗粒粒度分布。

Description

一种镍钴锰三元正极材料前驱体的合成方法
技术领域
本发明涉及新能源电池材料前驱体合成领域，具体涉及一种镍钴锰三元正极材料前驱体的合成方法。
背景技术
现有宽粒径分布的前驱体因不同尺寸的颗粒相互填充了颗粒间的间隙，使得制备的产品具备较高的压实密度，由此材料组装而成的电池具有较高的容量。通常通过控制合成体系pH来调节物料粒度分布，制备出宽粒径分布的前驱体，但此方法调节速度慢、控制精度低，而且极易产生因pH回调不及时造成合成体系粒径崩溃的风险。
发明内容
针对上述已有技术存在的不足，本发明提供一种镍钴锰三元正极材料前驱体的合成方法，实现合成过程中精确、快速调控前驱体粒度分布，操作简单，制备的产品粒度分布稳定。
本发明是通过以下技术方案实现的。
一种镍钴锰三元正极材料前驱体的合成方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)分别配制浓度为60-140g/L的镍钴锰三元液，质量分数为1％～60％液碱溶液，及0.1～20.0mol/L的氨水溶液，所述镍钴锰三元液中镍、钴、锰摩尔比为91:5:4；
(2)向反应釜中加入底液，通入氮气，控制温度30～80℃；
(3)将镍钴锰三元液、液碱溶液、氨水溶液分别以流量20～1000L/h、1～500L/h、1～200L/h并流加入反应釜进行合成反应，控制搅拌转速10～500rpm；
(4)待合成的物料颗粒D50达到2.5～3.5μm时，停止进料，经陈化、压滤成固态晶种；
(5)重复步骤(1)～(3)，待合成的物料颗粒D50达到12.0-15.0μm时，加入经步骤(4)得到的晶种，晶种加入速率1-100kg/h，待合成的物料颗粒D10在4.5～9.5，D50在12.0～18.0，D90在22.0～28.0之间时，停止加入晶种，将得到的物料经陈化、洗涤除杂、脱水、烘干、混批、筛分、除铁后包装成成品。
进一步地，所述反应釜体积为6.0～20.0m3，所述底液是通过加入3.0～15.0m3纯水、0.1～500L氨水溶液、0.1～100L液碱溶液配成，所述底液pH为9.0～12.5、氨浓度为0.1～12.0g/L。
进一步地，所述步骤(2)氮气流量为0.01～10.0m3/h。
本发明的有益技术效果，通过将固态晶种定量加入合成体系中，能快速、精确调节合成过程中前驱体颗粒粒度分布。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
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。
如图1所示，一种镍钴锰三元正极材料前驱体的合成方法，包括：
(1)分别配制浓度为60-140g/L的镍钴锰三元液，质量分数为1％～60％液碱溶液，及0.1～20.0mol/L的氨水溶液，所述镍钴锰三元液中镍、钴、锰摩尔比为91:5:4；
(2)向体积为6.0～20.0m3反应釜中加入3.0～15.0m3纯水、0.1～500L氨水溶液、0.1～100L液碱溶液配成pH为9.0～12.5、氨浓度为0.1～12.0g/L底液，通入流量为0.01～10.0m3/h氮气，控制温度30～80℃；
(3)将镍钴锰三元液、液碱溶液、氨水溶液分别以流量20～1000L/h、1～500L/h、1～200L/h并流加入反应釜进行合成反应，搅拌转速10～500rpm；
(4)待合成的物料颗粒D50达到2.5～3.5μm时，停止进料，将物料排入陈化槽陈化，通过压滤机压滤成固态晶种，储存备用；
(5)重复步骤(1)～(3)，待合成的物料颗粒D50达到12.0-15.0μm时，开始加入经步骤(4)得到的晶种，晶种加入速率1-100kg/h，待合成的物料颗粒D10在4.5～9.5，D50在12.0～18.0，D90在22.0～28.0之间时，停止加入晶种，将得到的物料流入成品陈化槽陈化，然后洗涤除杂、脱水、烘干、混批、筛分、除铁后包装成成品。
实施例1
(1)将硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰溶液按镍、钴、锰摩尔比为91:5:4，配制浓度65g/L的镍钴锰三元液，分别配制质量分数8.0％的液碱溶液，浓度为2.1mol/L的氨水溶液；
(2)向6.0m3反应釜中加入3.2m3纯水，22L浓度为2.1mol/L的氨水溶液，14L质量分数为8.0％液碱溶液，配成pH为9.2、氨水浓度为2.6g/L的底液，通入氮气流量0.15m3/h，升温至32℃；
(3)通过质量流量计分别将配制好的镍钴锰三元液、液碱溶液和氨水溶液以200L/h、40L/h、20L/h并流加入反应釜进行合成反应，搅拌速率108rpm，温度32℃，待颗粒长大；
(4)待合成的物料颗粒D50达到2.5μm时，停止进料，将物料排入陈化槽陈化，通过压滤机压滤成固态晶种，储存备用；
(5)重复步骤(1)～(3)，当合成的物料颗粒D50达到12.5μm时，开始加入晶种，晶种加入速率1.0kg/h，待颗粒D10在4.5，D50在12，D90在22.0时使物料流入成品陈化槽；
(6)将物料洗涤除杂、脱水、烘干、混批、筛分、除铁后包装成成品。
实施例2
(1)将硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰溶液按镍、钴、锰摩尔比为91:5:4，配制浓度140g/L的镍钴锰三元液，分别配制质量分数60.0％的液碱溶液，浓度为20mol/L的氨水溶液；
(2)向18.0m3反应釜中加入9.5m3纯水，500L浓度为20mol/L的氨水溶液，90L质量分数为60.0％液碱溶液，配成pH为12.2、氨水浓度为11.8g/L的底液，通入氮气流量9.5m3/h，升温至80℃；
(3)通过质量流量计分别将配制好的镍钴锰三元液、液碱和氨水溶液以900L/h、400L/h、200L/h并流加入反应釜进行合成反应，搅拌速率490rpm，温度80℃，待颗粒长大；
(4)待合成的物料颗粒D50达到3μm时，停止进料，将物料排入陈化槽陈化，通过压滤机压滤成固态晶种，储存备用；
(5)重复步骤(1)～(3)，当颗粒D50达到14μm时，开始加入晶种，晶种加入速率100.0kg/h，待颗粒D10在9.5，D50在18.0，D90在28.0时使物料流入成品陈化槽；
(6)将物料洗涤除杂、脱水、烘干、混批、筛分、除铁后包装成成品。
实施例3
(1)将硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰溶液按镍、钴、锰摩尔比为91:5:4，配制浓度100g/L的镍钴锰三元液，分别配制质量分数25％的液碱溶液，浓度为10mol/L的氨水溶液；
(2)向10.0m3反应釜中加入6.5m3纯水，200L浓度为10mol/L的氨水溶液，40L质量分数为25％液碱溶液，配成pH为10.8、氨浓度为8.0g/L的底液，通入氮气流量2.5m3/h，升温至50℃；
(3)通过质量流量计分别将配制好的镍钴锰三元液、液碱和氨水溶液以500L/h、180L/h、45L/h并流加入反应釜进行合成反应，搅拌速率220rpm，温度50℃，待颗粒长大；
(4)待合成的物料颗粒D50达到3.5μm时，停止进料，将物料排入陈化槽陈化，通过压滤机压滤成固态晶种，储存备用；
(5)重复步骤(1)～(3)，当颗粒D50达到14.5μm时，开始加入晶种，晶种加入速率40.0kg/h，待颗粒D10在7.5，D50在14.5，D90在24.0时使物料流入成品陈化槽；
(6)将物料洗涤除杂、脱水、烘干、混批、筛分、除铁后包装成成品。
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 (3)

1.一种镍钴锰三元正极材料前驱体的合成方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)分别配制浓度为60-140g/L的镍钴锰三元液，质量分数为1％～60％液碱溶液，及0.1～20.0mol/L的氨水溶液，所述镍钴锰三元液中镍、钴、锰摩尔比为91:5:4；
(2)向反应釜中加入底液，通入氮气，控制温度30～80℃；
(3)将镍钴锰三元液、液碱溶液、氨水溶液分别以流量20～1000L/h、1～500L/h、1～200L/h并流加入反应釜进行合成反应，控制搅拌转速10～500rpm；
(4)待合成的物料颗粒D50达到2.5～3.5μm时，停止进料，经陈化、压滤成固态晶种；
(5)重复步骤(1)～(3)，待合成的物料颗粒D50达到12.0-15.0μm时，加入经步骤(4)得到的晶种，晶种加入速率1-100kg/h，待合成的物料颗粒D10在4.5～9.5，D50在12.0～18.0，D90在22.0～28.0之间时，停止加入晶种，将得到的物料经陈化、洗涤除杂、脱水、烘干、混批、筛分、除铁后包装成成品。
2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述反应釜体积为6.0～20.0m3，所述底液是通过加入3.0～15.0m3纯水、0.1～500L氨水溶液、0.1～100L液碱溶液配成，所述底液pH为9.0～12.5、氨浓度为0.1～12.0g/L。
3.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述步骤(2)氮气流量为0.01～10.0m3/h。
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