降低三元前驱体磁性异物的方法及设备与流程

1378 编辑：中冶有色技术网来源：格林爱科（荆门）新能源材料有限公司

2023-10-23 16:28:54

1.本发明涉及锂离子电池材料技术领域，具体涉及一种降低三元锂离子电池材料前驱体磁性异物的方法及设备。

背景技术：

2.新能源汽车作为未来汽车行业发展的方向，动力电池作为新能源汽车的重要组成部分。研究表明与磷酸铁锂电池相比，三元电池的高电压、高能量密度受到了越来越多的关注。镍钴铝、镍钴锰三元前驱体作为锂电池中正极材料的主要原料，其中的异物含量指标对电池的性能有着决定性的影响。金属溶液以及辅助溶液中若存在的异物，在电池制作过程中常常会引起电池自放电，性能衰减，甚至可能引起电池短路，引发安全问题。因此，在三元材料前驱体生产制备过程中，磁性异物的去除显得尤为重要。

3.中国专利cn111018004b公开了一种体相掺杂稀土元素的三元前驱体及其正极材料的制备方法，对烧结完成的物料进行粉碎后，通过筛分除铁机进行粒径分级和排除磁性异物，该方法在物料生产流程末端进行磁性异物的排除，存在三原前驱体合成过程中引入磁性异物、降低产品品质的问题，并且磁性异物的飘散还会造成车间的污染，增加成本投入。

4.中国专利cn108365214b公开了一种高性能小粒径三元正极材料前驱体的制备方法，在通过元素掺杂制备三元正极材料前驱体时，利用仪器对料液浓度和元素含量进行检测调准后过精密过滤和除磁装置，该方法在物料生产流程前端未对原辅料进行磁性异物的排除，若金属原料品质不同，金属盐配制阶段磁性异物的引入无法判定具体来源，增加时间总投入；其次，前驱体制备过程进行一次除铁不能有效解决后续流程引入磁性异物问题，且对工作人员健康不友好。

技术实现要素：

5.针对上述已有技术存在的不足，本发明提供一种能有效降低三元锂离子电池材料前驱体磁性异物的方法及设备。

6.本发明是通过以下技术方案实现的。

7.一种降低三元前驱体磁性异物的方法，包括以下步骤：

8.(1)三元液配制：将三元液所需的主原料和辅助溶液分别进行第一永磁除铁后，根据配制要求将主原料配制三元液后进行第二永磁除铁；所述辅助溶液包括纯水溶液、氨水溶液、氢氧化钠溶液；

9.(2)反应-浆化：将经步骤(1)得到的三元液与经第一永磁除铁处理的氨水溶液、氢氧化钠溶液混合，经沉淀反应、压滤、洗涤得到的固相进行第三永磁除铁后与经第一永磁除铁处理的纯水溶液混合得到浆化液，将浆化液进行第四永磁除铁；

10.(3)脱水-前驱体：将经步骤(2)得到的浆化液脱水、干燥，然后经筛分得到三元前驱体。

11.进一步地，所述步骤(3)将浆化液进行第四永磁除铁后脱水、干燥，然后进行第五永磁除铁后进行筛分，最后进行电磁除铁后得到三元前驱体。

12.进一步地，在步骤(1)第二永磁除铁后、步骤(2)制得浆化液后、步骤(3)筛分前以及筛分后均设有取样检测步骤。

13.进一步地，所述步骤(1)三元液所需的主原料包括硫酸镍、硫酸钴，以及偏铝酸钠、硫酸锰中的一种。

14.进一步地，所述步骤(2)中，当三元液为镍钴铝三元液时，洗涤过程依次采用经第一永磁除铁处理的氢氧化钠溶液、纯水溶液洗涤；当三元液为镍钴锰三元液时，洗涤过程采用经第一永磁除铁处理的纯水溶液洗涤。

15.进一步地，将第一永磁除铁、第二永磁除铁、第三永磁除铁、第五永磁除铁、电磁除铁产生的除铁渣进行回收利用。

16.一种上述方法采用的设备，包括：原料储槽、辅助溶液储槽、三元液配制槽、反应釜、压滤机、浆化槽、烘干机、筛分机；所述原料储槽、辅助溶液储槽的出料口均与第一永磁除铁器进料口连接；所述三元液配制槽、反应釜、压滤机、浆化槽的进料口均与第一永磁除铁器的出料口连接，所述三元液配制槽、第二永磁除铁器、反应釜、压滤机、第三永磁除铁器、浆化槽、第四永磁除铁器、烘干机、筛分机依次连接。

17.进一步地，所述设备还包括第五永磁除铁器、电磁除铁器，所述第五永磁除铁器的进料口与烘干机的出料口连接，所述第五永磁除铁器的出料口与筛分机的进料口连接，所述筛分机的出料口与电磁除铁器的进料口连接。

18.进一步地，所述第一永磁除铁器、第二永磁除铁器、第三永磁除铁器、第四永磁除铁器、第五永磁除铁器均为抽屉式永磁除铁器。

19.本发明的有益技术效果：

20.(1)本发明从工艺角度来说，在配制前置阶段由于三元金属的主原料以及辅助溶液品质不同，含有磁性异物，对这些原材料进行磁性异物去除，能够大幅降低在三元前驱体制备过程中因为磁性异物含量过高造成的工艺流程过于复杂程度，不仅降低了设备成本投入，而且为后续异物的筛分提高了效率。

21.(2)在配制三元液阶段，将经过磁性异物去除的主原料按照配制要求配制好的三元液、以及“沉淀-浆化”阶段再次经过永磁除铁，保障了在三元前驱体浆料阶段经过不同流程下的磁性异物的去除，材料的品质得到了充分的保障；此外，在进入下一阶段流程前均设置有取样检测步骤，若材料中数据异常可立即停机，有效避免了材料交叉污染情况的出现。

22.(3)在“脱水-三元前驱体”阶段，此阶段设置异物筛分装置以及磁性异物去除设备即第五永磁除铁器和电磁除铁器，能够很好的解决因上一阶段原因造成的磁性异物数据异常问题，又充分保障了异物的去除。

23.(4)本发明工艺简单，特别是磁性异物去除得到了全流程的保障，而且各个阶段形成独立又连续的全流程方式，各阶段的除铁渣经过不同工艺的回收也可得到充分利用，做到了资源循环，得到的三元前驱体品质较高。

附图说明

24.图1为本发明的工艺流程图。

25.图2为本发明的部分流程示意图。

26.图3为本发明设备的结构示意图。

具体实施方式

27.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

28.本发明提供了一种降低三元前驱体磁性异物的方法，首先，不仅能够保证nca(镍钴铝)或者ncm(镍钴锰)在生产脱水-干燥阶段的正常进行，也能生产达到品质标准的nca或ncm三元前驱体材料，其次，还能够保证在此阶段解决磁性异物去除问题，保留一定的有效时间；最后，nca或者ncm三元前驱体材料生产的各个生产阶段均进行磁性异物去除，采取了独立而又连续的全流程去除方式，在各个阶段设置异物去除装置为永磁除铁器或电磁除铁器，去除磁性异物的效率得到了大大的提升。因此本发明，既可以提高产品品质，又可以降低能耗。

29.如图1-2所示，一种降低三元前驱体磁性异物的方法，包括：

30.步骤1：在三元液配置槽前置包括硫酸镍、硫酸钴，以及偏铝酸钠或者硫酸锰的单元原料储槽，辅助溶液包括纯水溶液，氨水溶液、氢氧化钠溶液。在三元溶液配制阶段：硫酸镍、硫酸钴，及偏铝酸钠或者硫酸锰金属溶液分别经过第一永磁除铁处理，同样，各辅助溶液也分别经过第一永磁除铁处理。将作为主原料的金属溶液与辅助溶液中的磁性异物进行处理。之后，根据金属溶液的浓度以及配制要求，将主原料进行配比配置三元液，将配制好的三元液进行第二永磁除铁，除铁渣进行回收，此阶段称为三元液配制阶段异物去除，之后三元液进入下一阶段；

31.步骤2：将配制好的三元液经过第二永磁除铁处理后与经第一永磁除铁处理的氨水溶液、氢氧化钠溶液同时输送至反应釜混合进行沉淀合成反应，然后经过压滤、洗涤步骤之后得到的固相进行第三永磁除铁处理后，与经过第一永磁除铁处理的纯水溶液混合得到浆化液，其中，当三元液为镍钴铝三元液时，洗涤过程依次采用经第一永磁除铁处理的氢氧化钠溶液、纯水溶液洗涤；当三元液为镍钴锰三元液时，洗涤过程采用经第一永磁除铁处理的纯水溶液洗涤；将得到的浆化液经过第四永磁除铁处理，此阶段称为三元液反应-浆化阶段磁性异物的去除；

32.步骤3：浆化液进入脱水、干燥、筛分工序，此阶段异物筛分包含两部分，经过第五永磁除铁去除磁性异物，然后采用筛分机筛除其他异物，然后再电磁除铁，即在筛分前后设置永磁除铁器和电磁除铁器，前后均设置有自动阀门，此步骤之后，三元材料的异物筛分全流程处理完毕；

33.经过除铁后的除铁渣全部进行回收直至二次利用。

34.具体地，在原料至配制阶段，反应-浆化阶段以及筛分前后阶段均设置有取样点进行取样检测，可以做到对材料中的磁异含量全阶段实时送样检测其数据变化。

35.具体的，在脱水-筛分阶段设置的永磁除铁及电磁除铁为优选方案，当筛分前后对材料取样检测其中磁性异物含量，筛分前若达到品质要求则直接进行筛分获得三元前驱体。

36.如图3所示，一种降低三元前驱体磁性异物的设备，包括：原料储槽1、辅助溶液储槽2、三元液配制槽3、反应釜4、压滤机5、浆化槽6、烘干机7、筛分机8；

37.原料储槽1包括用于存储配制三元液所需的主原料(包括硫酸镍、硫酸钴，以及偏铝酸钠、硫酸锰中的一种)的溶液单元槽；辅助溶液储槽2包括用于存储配制三元液所需的辅助溶液包括纯水溶液、氨水溶液、氢氧化钠溶液的单元槽；原料储槽、辅助溶液储槽的出料口均与第一永磁除铁器9进料口连接；

38.三元液配制槽3用于配置三元液，反应釜4用于物料的沉淀合成反应，压滤机5用于压滤、洗涤物料，浆化槽6用于浆化液的制备，烘干机7用于物料的脱水、干燥，筛分机8用于物料的筛分，去除其他异物；

39.三元液配制槽3、反应釜4、压滤机5、浆化槽6的进料口均与第一永磁除铁器9的出料口连接，三元液配制槽3的出料口与第二永磁除铁器10的进料口连接，第二永磁除铁器10的出料口与反应釜4的进料口连接，反应釜4的出料口与压滤机5的进料口连接，压滤机5的出料口与第三永磁除铁器11的进料口连接，第三永磁除铁器11的出料口与浆化槽6的进料口连接，浆化槽6的出料口与第四永磁除铁器12的进料口连接，第四永磁除铁器12的出料口与烘干机7的进料口连接，烘干机7的出料口与筛分机8的进料口连接。

40.进一步地，设备还包括第五永磁除铁器13、电磁除铁器14，第五永磁除铁器13的进料口与烘干机7的出料口连接，第五永磁除铁器13的出料口与筛分机8的进料口连接，筛分机8的出料口与电磁除铁器14的进料口连接。

41.第一永磁除铁器9、第二永磁除铁器10、第三永磁除铁器11、第四永磁除铁器12、第五永磁除铁器13均为抽屉式永磁除铁器。

42.实施例1

43.一种降低三元(镍钴铝)前驱体磁性异物的方法，包括如下步骤：

44.步骤(1)三元溶液配制阶段：原料储槽1包括作为主原料的硫酸镍、硫酸钴、偏铝酸钠的单元原料储槽，辅助溶液储槽2包括存储纯水溶液、氨水溶液、氢氧化钠溶液的单元槽，主原料和各辅助溶液分别经过第一永磁除铁器9处理。之后，根据金属溶液的浓度以及配制要求，将硫酸镍、硫酸钴、偏铝酸钠按摩尔比为80:14:6在三元液配制槽3中配制浓度为80g/l的镍钴铝三元液，将配制好的三元液进行第二永磁除铁器10处理，除铁渣进行回收；

45.步骤(2)反应-浆化：将三元液按照流速为300l/h与流速为40l/h的氢氧化钠溶液(浓度为20％)、流速为30l/h的氨水(浓度为12％)(经过第一永磁除铁器9处理的)同时输送至反应釜4进行沉淀合成反应，反应时长120h。然后经过压滤机5进入压滤步骤，同时依次采用经过第一永磁除铁器处理的浓度2％的氢氧化钠溶液(40℃)洗涤4次，40℃的纯水洗涤4次，完成洗涤后得到固相经过第三永磁除铁器11处理后输送至浆化槽6，通入经过第一永磁除铁处理的纯水溶液稀释，得到镍钴铝洗涤半成品浆化液，将得到的浆化液经过第四永磁除铁器12处理，除铁渣进行回收；

46.步骤(3)脱水-前驱体：检测合格的浆化液进入烘干机7进行脱水、干燥工序，然后采用筛分机8筛除其他异物，经筛分后的产品经过异物检测，达到产品标准即得到镍钴铝三元前驱体材料。

47.实施例2

48.一种降低三元(镍钴锰)前驱体磁性异物的方法，包括如下步骤：

49.步骤(1)三元溶液配制阶段：原料储槽1包括作为主原料的硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰的单元原料储槽，辅助溶液储槽2包括存储纯水溶液、氨水溶液、氢氧化钠溶液的单元槽，主

原料和各辅助溶液分别经过第一永磁除铁器9处理。之后，根据金属溶液的浓度以及配制要求，将硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰按摩尔比为1:1:1在三元液配制槽3中配制镍钴锰三元液，镍钴锰三元液中的镍、钴、锰三种离子的总摩尔浓度为2mol/l，将配制好的三元液进行第二永磁除铁器10处理，除铁渣进行回收；

50.步骤(2)反应-浆化：将配制好的三元液、浓度为4mol/l的氢氧化钠溶液和浓度为6mol/l的氨水溶液(经过第一永磁除铁器9处理的)，按照2：2：1的流量比，同时输送至反应釜4进行沉淀合成反应，80℃条件下反应15h。然后经过压滤机5进入压滤步骤，同时采用经过第一永磁除铁器处理的纯水洗涤4次，完成洗涤后得到的固相经过第三永磁除铁器11处理后输送至浆化槽6，通入经过第一永磁除铁器处理的纯水溶液稀释，得到镍钴锰洗涤半成品浆化液，将得到的浆化液经过第四永磁除铁器12处理，除铁渣进行回收；

51.步骤(3)脱水-前驱体：检测合格的浆化液进入烘干机7进行脱水、干燥工序，然后采用筛分机8筛除其他异物，经筛分后的产品经过异物检测，达到产品标准即得到镍钴锰三元前驱体材料。

52.实施例3

53.一种降低三元(镍钴铝)前驱体磁性异物的方法，包括如下步骤：

54.步骤(1)三元溶液配制阶段：原料储槽1包括作为主原料的硫酸镍、硫酸钴、偏铝酸钠的单元原料储槽，辅助溶液储槽2包括存储纯水溶液、氨水溶液、氢氧化钠溶液的单元槽，主原料和各辅助溶液分别经过第一永磁除铁器9处理。之后，根据金属溶液的浓度以及配制要求，将硫酸镍、硫酸钴、偏铝酸钠按摩尔比为90:5:5在三元液配制槽3中配制浓度为120g/l的镍钴铝混合三元液，将配制好的三元液进行第二永磁除铁器10处理，除铁渣进行回收；

55.步骤(2)反应-浆化：将三元液按照流速为550l/h与流速为120l/h的氢氧化钠溶液(浓度为40％)、流速为60l/h的氨水(浓度为22％)(经过第一永磁除铁器9处理的)同时输送至反应釜4进行沉淀合成反应，反应时长50h。然后经过压滤机5进入压滤步骤，同时依次采用经过第一永磁除铁器处理的浓度5％的氢氧化钠溶液(80℃)洗涤1次，80℃的纯水洗涤1次，完成洗涤后得到的固相经过第三永磁除铁器11处理后输送至浆化槽6，通入经过第一永磁除铁器处理的纯水溶液稀释，得到镍钴铝洗涤半成品浆化液，将得到的浆化液经过第四永磁除铁器12处理，除铁渣进行回收；

56.步骤(3)脱水-前驱体：浆化液进入烘干机7进行脱水、干燥工序，经过第五永磁除铁器13去除磁性异物，然后采用筛分机8筛除其他异物，最后再经电磁除铁器14电磁除铁后，经过检测达到产品标准即得到镍钴铝三元前驱体材料。

57.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。技术特征：

1.一种降低三元前驱体磁性异物的方法，其特征在于，所述方法包括：(1)三元液配制：将三元液所需的主原料和辅助溶液分别进行第一永磁除铁后，根据配制要求将主原料配制三元液后进行第二永磁除铁；所述辅助溶液包括纯水溶液、氨水溶液、氢氧化钠溶液；(2)反应-浆化：将经步骤(1)得到的三元液与经第一永磁除铁处理的氨水溶液、氢氧化钠溶液混合，经沉淀反应、压滤、洗涤得到的固相进行第三永磁除铁后与经第一永磁除铁处理的纯水溶液混合得到浆化液，将浆化液进行第四永磁除铁；(3)脱水-前驱体：将经步骤(2)得到的浆化液脱水、干燥，然后经筛分得到三元前驱体。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)将浆化液进行第四永磁除铁后脱水、干燥，然后进行第五永磁除铁后进行筛分，最后进行电磁除铁后得到三元前驱体。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)第二永磁除铁后、步骤(2)制得浆化液后、步骤(3)筛分前以及筛分后均设有取样检测步骤。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)三元液所需的主原料包括硫酸镍、硫酸钴，以及偏铝酸钠、硫酸锰中的一种。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，当三元液为镍钴铝三元液时，洗涤过程依次采用经第一永磁除铁处理的氢氧化钠溶液、纯水溶液洗涤；当三元液为镍钴锰三元液时，洗涤过程采用经第一永磁除铁处理的纯水溶液洗涤。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将第一永磁除铁、第二永磁除铁、第三永磁除铁、第五永磁除铁、电磁除铁产生的除铁渣进行回收利用。7.一种如权利要求1-6任一所述方法采用的设备，其特征在于，所述设备包括：原料储槽、辅助溶液储槽、三元液配制槽、反应釜、压滤机、浆化槽、烘干机、筛分机；所述原料储槽、辅助溶液储槽的出料口均与第一永磁除铁器进料口连接；所述三元液配制槽、反应釜、压滤机、浆化槽的进料口均与第一永磁除铁器的出料口连接，所述三元液配制槽、第二永磁除铁器、反应釜、压滤机、第三永磁除铁器、浆化槽、第四永磁除铁器、烘干机、筛分机依次连接。8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述设备还包括第五永磁除铁器、电磁除铁器，所述第五永磁除铁器的进料口与烘干机的出料口连接，所述第五永磁除铁器的出料口与筛分机的进料口连接，所述筛分机的出料口与电磁除铁器的进料口连接。9.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述第一永磁除铁器、第二永磁除铁器、第三永磁除铁器、第四永磁除铁器、第五永磁除铁器均为抽屉式永磁除铁器。

技术总结

本发明公开了一种降低三元前驱体磁性异物的方法及其设备，方法包括：将三元液所需的主原料和辅助溶液分别进行第一永磁除铁后，根据配制要求将主原料配制三元液后进行第二永磁除铁；将得到的三元液与所需的辅助溶液混合经沉淀反应、压滤、洗涤后进行第三永磁除铁得到混合液，将所需的辅助溶液与混合液混合得到浆化液；将浆化液进行第四永磁除铁后脱水、干燥，然后经筛分得到三元前驱体。采用本发明，实现全流程的磁性异物去除，提高产品品质、降低能耗。能耗。能耗。

技术研发人员：董柯静王登登刘郁许开华任云强吴雨晴周林黄家龙余尚清周毅孙越邓凯

受保护的技术使用者：格林爱科（荆门）新能源材料有限公司

技术研发日：2022.09.30

技术公布日：2022/12/6

声明：

“降低三元前驱体磁性异物的方法及设备与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。

我是此专利(论文)的发明人(作者)