[发明专利]过滤装置、过滤方法、低表面残余碱的镍钴锰三元正极材料的制备方法和锂离子电池

说明书

本发明公开了一种过滤装置、过滤方法、低表面残余碱的镍钴锰三元正极材料的制备方法和锂离子电池。所述过滤装置包括由上往下依次设置且密封连接的滤斗、过滤器和滤瓶，所述滤斗为密封式滤斗，所述滤斗上设置有进气口，与进气管连接，用于通入低温气体，所述滤瓶与负压抽滤装置连接。所述过滤方法包括：将含三元正极材料的溶液置于过滤器内，从进气管通入低温气体，所述低温气体的温度≤‑10℃，开启负压抽滤装置使滤瓶内形成负压。本发明通过向封闭式的滤斗通入低温气体，利用滤斗处形成的正压和滤瓶处形成的负压使材料表面的溶液快速带走；低温气体在三元正极材料表面形成薄冰层，起到隔绝气体和保护的作用，固液分离效果好。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，涉及一种过滤装置、过滤方法、低表面残余碱的镍钴锰三元正极材料的制备方法和锂离子电池。

背景技术

高镍材料LiNi_xCo_yMn_z(x+y+z＝1，x≥0.8)具有放电比容量高、成本低和环境污染小等优点。锂离子电池高镍正极材料在制备过程中为了保证容量的发挥，通常会在Li与金属离子的摩尔比中让Li过量，该方法制备得到的正极材料在保证了材料容量的同时，也导致了材料表面残余碱含量的升高，较高的表面残余碱含量会给正极材料的电化学性能还有加工性能带来诸多负面影响，例如其表面残锂量较多，导致电极制作过程中正极浆料呈现果冻状，导致涂布困难，难以涂布成极片，极片电化学性能差。

针对锂离子电池三元正极材料尤其是高镍三元正极材料表面残余碱高的问题，通常通过水洗的方式来降低高镍材料表面残余碱或者通过包覆降低残碱。例如专利CN109148875A通过水洗的方式来降低表面残余碱，但是其固液分离的方式是通过真空抽滤来进行，抽滤方式固液分离通常需要较长的分离时间，且抽滤过程中物料直接接触CO₂，气流也会对正极颗粒表层造成磨损，从而对材料的电化学性能造成不利影响。CN110970604A公开了一种包覆型三元正极材料、其制备方法及其用途，所述制备方法采用钽化合物作为包覆原料对表面含有残碱的三元材料进行包覆，残碱与钽化合物发生反应在三元正极材料表面形成含锂和钽的包覆层，从而得到包覆型三元正极材料，采用该方法可以在降低残碱、材料溶解性的同时，提升材料的倍率性能和循环性能等电化学性能。但是，该方法降低残碱的效果仍有待提升，且包覆剂的使用增加了成本且操作复杂。

同时，锂离子电池三元正极材料尤其是高镍三元正极材料存在存储性能较差，循环性能差等缺陷，在实际电池应用中胀气问题严重等也影响了材料的进一步应用。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种过滤装置、过滤方法、低表面残余碱的镍钴锰三元正极材料的制备方法和锂离子电池。

本发明所述“低表面残余碱”指：表面残余碱总量小于4500ppm。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种过滤装置，所述过滤装置包括由上往下依次设置且密封连接的滤斗、过滤器和滤瓶，所述滤斗为密封式滤斗，所述滤斗上设置有进气口，与进气管连接，用于通入低温气体，所述低温气体的温度≤-10℃，所述滤瓶与负压抽滤装置连接。

本发明的过滤装置，滤斗为封闭式滤斗且设置有进气口，与进气管连接用于通入低温气体，通过调控通入气体的气流为高压气流并配合抽滤可以将待固液分离的浆料中固体表面液体快速带走；低温气体在分离过程中在固体表面形成薄冰层，既可以隔绝CO₂，又能保护材料表面免受气流磨损。该过滤装置适用于降低正极材料表面的残余碱，同时可操作性好，成本低廉，处理量大，节省时间，适合大规模应用。

本发明的装置中，对进气口的位置不作具体限定，可以使位于封闭式滤斗的上方，为了便于将待分离的浆料放入过滤装置中，可以在其上设置一个盖式的开口，盖子上面设置进气口并连接进气管，盖子打开用于防止浆料，盖子关闭实现密封。