(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011118226.3
(22)申请日 2020.10.19
地址 226100 江苏省南通市开发区新开南
路9号
(72)发明人 孙源 张振兴 杨超 黄攀
顾春芳 朱用 王梁梁 赵亮
(74)专利代理机构 苏州创元专利商标事务所有
限公司 32103
代理人 马明渡
(51)Int.Cl.
H01M 4/505(2010.01)
H01M 4/525(2010.01)
H01M 4/04(2006.01)
H01M 10/0525(2010.01)
C01G 53/00(2006.01)
(54)发明名称
(57)摘要
硫除钠方法。该方法以新产出的固态颗粒状的镍
钴锰三元前驱体原料为对象，通过甲酰胺分子与
三元前驱体层板间的作用力，增前驱体片
层之间的距离，减弱层间作用力，通过常温洗涤
减少存在于三元前驱体层间的SO 42‑、Na +，降低了
三元前驱体中杂质Na、S的含量，提升三元前驱体
原料，硫酸根和钠离子的洗涤效率，减少层间杂
质硫酸根和钠离子的含量。权利要求书1页 说明书4页 附图1页CN 112234187 A 2021.01.15
C N 112234187
A
1.一种三元前驱体除硫除钠方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步，将制备得到的三元前驱体粗产物的固液混合物进行固液分离，分离得到固体的三元前驱体粗产物，对其进行洗涤，除去三元前驱体粗产物表面的钠离子和硫酸根离子； 第二步，将第一步洗涤后的三元前驱体粗产物投入甲酰胺水溶液中，充分搅拌，利用甲酰胺的分子极性以及分子间作用力，将三元前驱体粗产物的片层打开，增前驱体粗产物片层之间的距离，减弱层间作用力，然后再进行固液分离，其中，所述甲酰胺水溶液中，甲酰胺的体积百分浓度为15～40%；
第三步，将第二步固液分离后得到的三元前驱体粗产物，先用纯水洗涤，除去三元前驱体粗产物层间的钠离子和硫酸根离子，再用烧碱溶液洗涤，除去甲酰胺；
第四步，将烧碱溶液洗涤后的三元前驱体粗产物用纯水洗涤除去残留的烧碱，烘干，得到除硫除钠的三元前驱体。
2.根据权利要求1所述的除硫除钠方法，其特征在于：所述三元前驱体为NCM523。
3.根据权利要求1所述的除硫除钠方法，其特征在于：所述三元前驱体的粒径大于8 μm。
4.根据权利要求1所述的除硫除钠方法，其特征在于：所述烧碱溶液的浓度为0.3～0.5 mol/L。
5.根据权利要求1所述的除硫除钠方法，其特征在于：所述第二步的搅拌温度为20～30℃。
6.根据权利要求1所述的除硫除钠方法，其特征在于：所述固液分离可通过压滤或离心进行。
权 利 要 求 书1/1页CN 112234187 A
一种三元前驱体除硫除钠方法
技术领域
[0001]本发明属于锂离子电池技术领域，特别涉及一种三元前驱体除硫除钠方法。
背景技术
[0002]锂离子电池主要由正极材料、负极材料、隔膜和电解液等构成。正极材料在锂电池的总成本中占据40%以上的比例，并且正极材料的性能直接影响了锂电池的各项性能指标。三元前驱体是三元正极材料的主要原料，换言之，三元前驱体的质量直接决定三元正极材料的性能。
[0003]三元前驱体除常规的振实密度、比表面积、形貌参数外，产品中包含的杂质也会影响三元正极材料的生产以及性能，如钠离子含量、硫元素含量。三元前驱体中的钠、硫元素通常以Na+、SO42-的形式存在，其含量会因产品特性、生产工艺的不同而有所不同。三元前驱体中的钠有两种可能的存在形式：1、嵌入三元前驱体晶格中，对三元前驱体晶格造成缺陷；
2、存在于三元前驱体层间。这两种存在方式在后续三元正极材料的烧结过程中含量均不会减少，相反，部分钠离子在烧结过程可能会占据锂离子位点，造成三元正极材料性能的不可逆的降低。而硫元素在后期三元材料的煅烧过程会产生相应的污染气体，并且对煅烧设备造成腐蚀。目前，三元前驱体行业主要通过去母液水洗除钠， NCM523产品钠含量在300 ppm 左右。而除硫的方式通常为烧碱碱洗，NCM523产品硫含量在1500 ppm左右。想要进一步提高三元前驱体品质，降低三元前驱体中钠硫杂质的含量就成为了势在必行的研究内容。[0004]有鉴于此，如何设计一种三元前驱体除硫除钠方法是本发明研究的课题。
发明内容
[0005]本发明提供一种三元前驱体除硫除钠方法，其目的是要解决现有三元前驱体中钠含量和硫含量过高的问题。
[0006]为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种三元前驱体除硫除钠方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步，将制备得到的三元前驱体粗产物的固液混合物进行固液分离，分离得到固体的三元前驱体粗产物，对其进行洗涤，除去三元前驱体粗产物表面的钠离子和硫酸根离子；
第二步，将第一步洗涤后的三元前驱体粗产物投入甲酰胺水溶液中，充分搅拌，利用甲酰胺的分子极性以及分子间作用力，将三元前驱体粗产物的片层打开，增前驱体粗产物片层之间的距离，减弱层间作用力，然后再进行固液分离，其中，所述甲酰胺水溶液中，甲酰胺的体积百分浓度为15～40%；
第三步，将第二步固液分离后得到的三元前驱体粗产物，先用纯水洗涤，除去三元前驱体粗产物层间的钠离子和硫酸根离子，再用烧碱溶液洗涤，除去甲酰胺；
第四步，将烧碱溶液洗涤后的三元前驱体粗产物用纯水洗涤除去残留的烧碱，烘干，得到除硫除钠的三元前驱体。
[0007]上述技术方案中的有关内容解释如下：
1.上述方案中，所述三元前驱体为NCM523。
[0008] 2.上述方案中，所述三元前驱体的粒径大于8 μm。
[0009] 3.上述方案中，所述烧碱溶液的浓度为0.3～0.5 mol/L。
[0010] 4.上述方案中，所述第二步的搅拌温度为20～30℃。
[0011] 5.上述方案中，所述固液分离可通过压滤或离心进行。
[0012]本发明设计原理和效果是：
1. 本发明技术方案中，第一步将固液分离后的三元前驱体进行洗涤，主要是为了除去吸附在三元前驱体颗粒表面的Na+和SO42-；
2. 本发明技术方案中，第二步在甲酰胺水溶液中浸泡的目的是在浸泡的过程中，在甲酰胺的小分子的作用下，通过分子间的作用力将三元前驱体片层之间的距离扩大，降低三元前驱体种片层之间的作用力、以及层间SO42-与三元前驱体层板间的作用力；
3. 本发明技术方案中，第三步烧碱洗涤的目的是洗去残留的甲酰胺，并使三元前驱体在碱性溶液中部分重结晶，缩小层板间的距离；
4. 本发明技术方案中的所有步骤操作均在室温下进行。
[0013] 5. 本发明技术方案可以适用对于所有片状的三元前驱体。
[0014] 6. 由于烧碱洗涤的目的为洗去残留的甲酰胺，所以其浓度对于除钠除硫的影响并不大。
[0015]本发明提供一种三元前驱体除硫除钠方法，该方法创造性地利用甲酰胺水溶液，利用甲酰胺的极性以及分子间作用力将片层打开，增前驱体片层之间的距离，减弱层间作用力，经过简单的洗涤即减少了存在于三元前驱体层间的SO42-、Na+；本发明技术方案步骤方便、有效、简单，且高效降低了三元前驱体中钠元素和硫元素的含量，且所有过程均可以在常温下完成，符合低碳环保绿高效的理念。
附图说明
[0016]附图1为本发明实施例操作步骤流程图。
具体实施方式
[0017]下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例：一种三元前驱体除硫除钠方法
实施例1：第一步：新产出的，粒径大于8 μm的NCM523三元前驱体原料1 t通过压滤机进行固液分离，并进行洗涤；
第二步：将第一步处理后的样品卸料至存有1 m3纯水的浆化槽中，搅拌浸泡3 h；
第三步：对第二步处理后的样品分别进行一次纯水洗涤和一次浓度为0.35 mol/L的烧碱溶液洗涤；
第四步：对第三步处理后的样品纯水洗涤，并烘干送检Na、S；
实施例2：第一步：新产出的，粒径大于8 μm的固态颗粒状的NCM523三元前驱体原料1 t 通过压滤机进行固液分离，并进行洗涤；
第二步：将第一步处理后的样品卸料至含有1 m3，体积浓度为30%的甲酰胺水溶液的浆化槽中，搅拌浸泡3 h；
第三步：对第二步处理后的样品分别进行一次纯水洗涤和一次浓度为0.35 mol/L的烧碱溶液洗涤；
第四步：对第三步处理后的样品纯水洗涤并烘干送检Na、S；
实施例3：第一步：新产出的，粒径为10±0.5 μm的固态颗粒状的NCM523三元前驱体原料1 t通过压滤机进行固液分离，并进行洗涤；
第二步：对第一步处理后的样品用浓度为0.35 mol/L的烧碱溶液洗涤，洗涤温度50 ℃；
第三步：将第二步处理后的样品进行纯水洗涤并烘干送检Na、S；
实施例4：第一步：新产出的，粒径大于8 μm的固态颗粒状的NCM523三元前驱体原料1 t 通过压滤机进行固液分离，并进行洗涤；
第二步：将第一步处理后的样品卸料至含有1 m3，体积浓度为5%的甲酰胺水溶液的浆化槽中，搅拌浸泡3 h；
第三步：对第二步处理后的样品分别进行一次纯水洗涤和一次浓度为0.35 mol/L的烧碱溶液洗涤；
第四步：对第三步处理后的样品纯水洗涤并烘干送检Na、S；
实施例5：第一步：新产出的，粒径大于8 μm的固态颗粒状的NCM523三元前驱体原料1 t 通过压滤机进行固液分离，并进行洗涤；
第二步：将第一步处理后的样品卸料至含有1 m3，体积浓度为15%的甲酰胺水溶液的浆化槽中，搅拌浸泡4 h；
第三步：对第二步处理后的样品分别进行一次纯水洗涤和一次浓度为0.35 mol/L的烧碱溶液洗涤；
第四步：对第三步处理后的样品纯水洗涤并烘干送检Na、S；
实施例6：第一步：新产出的，粒径大于8 μm的固态颗粒状的NCM523三元前驱体原料1 t 通过压滤机进行固液分离，并进行洗涤；
第二步：将第一步处理后的样品卸料至含有1 m3，体积浓度为40%的甲酰胺水溶液的浆化槽中，搅拌浸泡2 h；
第三步：对第二步处理后的样品分别进行一次纯水洗涤和一次浓度为0.35 mol/L的烧碱溶液洗涤；
第四步：对第三步处理后的样品纯水洗涤并烘干送检Na、S；
实施例均在室温下进行，温度范围为20
~30 ℃，每次洗涤和浸泡后，均通过压滤机进行
固液分离。各实施例洗涤前后的Na、S含量见表1。
[0018]上述实施例3为目前市场上的技术方案。
[0019]从表1中的数据可以看出，通过投入甲酰胺水溶液浸泡后的前驱体Na、S含量的实施例2、5、6，
较实施例1和3均有所降低，具有较好的除钠除硫效果。
[0020]表1：实施例过程Na、S含量
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