[发明专利]一种去除锂离子电池三元材料前驱体杂质的方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种去除锂离子电池三元材料前驱体杂质的方法。

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。三元正极材料因为具有能量密度高、环境友好、价格低廉等优点而成为了人们关注的热点。其可以通过高温固相法、溶胶凝胶法、喷雾干燥法、水热法以及共沉淀法等一系列方法合成。而其中共沉淀法由于可以在原子级别对材料进行合成，并且可以控制材料的形貌结构、振实密度等，被广泛的应用在工业生产中。

在常规的共沉淀制备过程中，首先合成的是三元材料的前驱体，其中氢氧化物前驱体最为常见。即由金属元素的可溶盐与强碱沉淀剂在络合剂的作用下发生反应，生成前驱体。最常用的可溶性金属盐为硫酸盐，强碱为氢氧化钠，从而在反应体系中存在了大量的Na⁺与SO₄^2-。由于它们的可溶性，从而工业上一般都是在反应结束后用大量的去离子水对其进行洗涤去杂。根据生产经验，洗涤的次数至少需要三次以上，每吨前驱体需要洗涤的用水量需要数吨，这些水最后都成为了工业废水，回收价值低，处理成本高。同时，少量的Na⁺与SO₄^2-被包裹在沉淀颗粒中，且难以洗去，最终产品中残留有几百至几千ppm的Na⁺与SO₄^2-杂质，最终影响后续制备成三元锂离子电池正极材料的产品性能。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种可提高产品质量，解决前驱体制备过程中杂质去除不彻底和环境压力大的问题，且过程简单，效果好、易操作的一种去除锂离子电池三元材料前驱体杂质的方法。

本发明的技术方案包括以下步骤：

1)：将共沉淀法制得锂离子电池三元材料前驱体料浆静置并沉降使所述的料浆分层，放出上清液得到沉淀浆料；

2)向所得到的沉淀浆料中缓慢加入有机溶剂，即刻产生白色结晶物质，白色结晶物质完全析出后，静置至结晶长大完成形成晶粒，将所得的混合物溶液过滤干燥，滤液回收有机溶剂重复利用；所述的有机溶剂为可以和水以任意比例互溶醇、醛、酮类中一种或几种；

3)将2)步过滤干燥所得的固体混合物中的前驱体与所述的晶粒固固分离，即得到去杂后的三元前驱体。

本发明的方案通过向三元材料前驱体料液中加入可以与水以任意比例互溶醇、醛、酮类中一种或几种的有机溶剂后，静置及固固分离的方法去杂；通过以上的方案的各步骤协同处理可使得大量的溶解于浆料的水中杂质元素(特别是Na⁺和SO₄^2-)以沉淀晶体析出，再通过静置过程使析出的晶体长大，直至可进行固固分离。本发明的方案可以有效解决现有前驱体制备过程中前驱体杂质洗涤过程中过程繁琐，环境压力大，杂质去除不彻底等问题，且本发明的方案由于过程简单，操作方便，十分有利于工业化进程。

其中，步骤1)中，所述的三元正极材料前驱体优选为Ni_1-x-yCo_xM_y(OH)₂，其中，0<x<1，0<y<1，M为Mn、Al、Ti、Cr、Fe、Zn或Cu等等。粒径为1～30um。

同时本发明人也发现，为了达到更好的分离效果，作为优选，所述的有机溶液为甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇、甲醛、乙醛或丙酮。

为了使杂质离子充分析出并达到一定的粒径，所述的步骤2)中，加入的有机溶剂与所述的沉淀浆料的体积比为0.5:1～2:1为宜。

为了使杂质离子与三元前驱体进行更好的分离，作为进一步的优选，加入的有机溶剂与所述的沉淀浆料的体积比为1:1～2:1。

其中，步骤2)中，静置的时间为8～15h。

本发明人发现，静置过程也是本发明的关键步骤之一，晶体析出后通过静置可以使晶体逐渐长大，从而可以通过更为简单的固固分离方法将其与前驱体进行分离。

本发明通过研究发现，为了得到本发明方案良好的实施效果，通过控制静置时间，以及有机溶剂与所述的沉淀浆料的体积比的条件下应控制晶体颗粒粒径不低于50μm。

其中，步骤2)中，加入有机溶剂过程与静置过程中都伴随着机械搅拌。