一种降低锂电池正极材料中磁性物含量的方法

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种锂电池正极材料，尤其涉及一种降低锂电池正极材料中磁性物含量的方法。

背景技术

随着锂离子电池行业的快速发展，锂离子电池凭借其较高的能量密度和倍率性能，以及较长的使用寿命，已被广泛应用于移动电话、数码相机、笔记本电脑、电子烟、无人机和新能源汽车等各个领域。

众所周知，正极材料是锂离子电池的关键组成部分，其性能直接影响了锂离子电池的多项重要指标。当正极材料中存在铁、铬、镍、锌等磁性物质时，电池在化成阶段的电压达到上述磁性异物金属元素的氧化还原电位之后，这些磁性异物金属元素首先会在正极氧化并溶解，然后迁移到负极被还原成金属单质。当负极处的金属单质积累到一定程度后会形成金属枝晶刺破隔膜，从而造成电池自放电失效，严重情况下甚至还会导致锂离子电池燃烧爆炸。因此，在正极材料生产过程中，尽可能地去除材料中的磁性物质便显得尤为重要。

针对锂电池正极材料，本领域技术人员在降低其中磁性物含量时普遍采用物理方法，即在锂电池正极材料生产过程中，通过产线设计除磁棒和除铁机等设备来除去产品中微量的磁性物。这种方法虽然能够除去磁性物，但是存在除磁效果不佳的问题，尤其是弱磁性物质无法被磁铁完全去除，从而无法有效避免磁性物对电池性能的不利影响。

而且，由于三元材料本身具有弱磁性，较强的磁场强度很容易堵塞管道，因此一般需要将除铁机调至较低的磁场强度进行除磁，如此便显著降低了三元正极材料的除磁效果，从而造成三元正极材料一旦被污染，材料的磁性物就很难去除，进而导致磁性物含量偏高，容易引起安全风险，尤其是弱磁性物质更难以去除。

此外，在锂电池的生产过程中，往往会产生一些高磁性物，常规降低磁性异物含量的方法主要是过筛除铁，也就是将物料通过高强度的高斯通量磁芯以吸附磁性物。然而，由于存在弱磁性物质的干扰，这种方法需要重复多次，且除磁效果并不理想，尤其是对于物料中的弱磁性物质吸附能力不佳，对使用弱磁法检测的产品毫无效果。

CN 112125347A公开了一种低能耗快速的钴酸锂制备方法及系统，所述方法包括以下步骤：(1)制作3D打印混合料：将原料进行混合均匀得到3D打印混合料；(2)采用3D打印技术将3D打印混合料制作成匀实型混合料；(3)对匀实型混合料进行烧结处理得到块状固体料；(4)破碎处理：对块状固体料进行破碎处理，得到初级钴酸锂料；(5)通过筛分处理筛除初级钴酸锂产品中的大颗粒物，通过磁选处理除去或降低初级钴酸锂产品中铁、铬、镍、锌等磁性异物，得到钴酸锂产品。然而，所述发明采用的磁选处理并不能完全去除钴酸锂产品中的弱磁性物质，且需要重复多次，磁选效率较低且磁选效果有待进一步改善。

由此可见，如何提供一种降低锂电池正极材料中磁性物含量的方法，特别是针对弱磁性物质，避免其对电池性能的不利影响，改善除磁效果的同时提升除磁效率，降低安全风险和工艺成本，成为了目前本领域技术人员迫切需要解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种降低锂电池正极材料中磁性物含量的方法，所述方法特别针对于弱磁性物质，避免了其对电池性能的不利影响，改善了除磁效果的同时提升了除磁效率，降低了安全风险和工艺成本。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种降低锂电池正极材料中磁性物含量的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将第一锂电池正极材料和锂盐混合均匀，得到正极混料；

(2)将步骤(1)所得正极混料进行烧结处理，得到第二锂电池正极材料。

其中，所述第二锂电池正极材料中的磁性物含量与第一锂电池正极材料相比，降低幅度≥50％，例如可以是50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％或90％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

或者，所述第二锂电池正极材料中的磁性物含量≤100ppb，例如可以是10ppb、20ppb、30ppb、40ppb、50ppb、60ppb、70ppb、80ppb、90ppb或100ppb，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明通过锂电池正极材料与锂盐混合均匀并进行烧结处理，利用锂盐与正极材料中的弱磁性物质，如Fe、Fe

优选地，步骤(1)所述第一锂电池正极材料包括磁性物含量≥100ppb的锂电池正极材料，例如可以是100ppb、200ppb、300ppb、400ppb、500ppb、600ppb、700ppb、800ppb或900ppb，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，步骤(1)所述第一锂电池正极材料包括镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、镍锰酸锂、钴酸锂或锰酸锂中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括镍钴锰酸锂与镍钴铝酸锂的组合，镍钴铝酸锂与镍锰酸锂的组合，镍锰酸锂与钴酸锂的组合，钴酸锂与锰酸锂的组合，镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂与镍锰酸锂的组合，镍钴铝酸锂、镍锰酸锂与钴酸锂的组合，或镍锰酸锂、钴酸锂与锰酸锂的组合。

优选地，步骤(1)所述锂盐包括碳酸锂、氢氧化锂或氧化锂中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括碳酸锂与氢氧化锂的组合，氢氧化锂与氧化锂的组合，碳酸锂与氧化锂的组合，或碳酸锂、氢氧化锂与氧化锂的组合。

优选地，步骤(1)所述锂盐的混合质量占第一锂电池正极材料质量的0-5％，但不包括0，例如可以是0.01％、0.1％、0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％或5％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，步骤(1)所述混合还伴随着搅拌，且搅拌的速率为100-500rpm，例如可以是100rpm、150rpm、200rpm、250rpm、300rpm、350rpm、400rpm、450rpm或500rpm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，步骤(2)所述烧结处理在匣钵中进行，并将所述匣钵置于窑炉内。

优选地，步骤(2)所述烧结处理的升温速率为0.1-5℃/min，例如可以是0.1℃/min、0.5℃/min、1℃/min、1.5℃/min、2℃/min、2.5℃/min、3℃/min、3.5℃/min、4℃/min、4.5℃/min或5℃/min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，步骤(2)所述烧结处理的目标温度为300-950℃，例如可以是300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、850℃、900℃或950℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明中，所述烧结处理的目标温度需控制在合理范围内。当目标温度低于300℃时，锂盐与正极材料中的弱磁性物质反应并不彻底，从而降低了除磁效率，且除磁效果并不理想；当目标温度高于950℃时，又会造成处理成本的不必要升高。

优选地，步骤(2)所述烧结处理的保温时间为12-30h，例如可以是12h、14h、16h、18h、20h、22h、24h、26h、28h或30h，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明优选的技术方案，所述方法包括以下步骤：

(1)将第一锂电池正极材料和锂盐混合均匀，并伴随着速率为100-500rpm的搅拌，得到正极混料；所述第一锂电池正极材料包括磁性物含量≥100ppb的锂电池正极材料，且所述第一锂电池正极材料包括镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、镍锰酸锂、钴酸锂或锰酸锂中的任意一种或至少两种的组合；所述锂盐包括碳酸锂、氢氧化锂或氧化锂中的任意一种或至少两种的组合，且所述锂盐的混合质量占第一锂电池正极材料质量的0-5％，但不包括0；

(2)将步骤(1)所得正极混料转移至匣钵中，并将所述匣钵置于窑炉内进行烧结处理，且所述烧结处理的升温速率为0.1-5℃/min，目标温度为300-950℃，保温时间为12-30h，最终得到第二锂电池正极材料；其中，所述第二锂电池正极材料中的磁性物含量与第一锂电池正极材料相比，降低幅度≥50％；或者，所述第二锂电池正极材料中的磁性物含量≤100ppb。

本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明通过锂电池正极材料与锂盐混合均匀并进行烧结处理，利用锂盐与正极材料中的弱磁性物质，如Fe、Fe

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例1

本实施例提供一种降低锂电池正极材料中磁性物含量的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将钴酸锂和碳酸锂混合均匀，且所述碳酸锂的混合质量占钴酸锂质量的0.1％，并伴随着速率为200rpm的搅拌，得到正极混料；

(2)将步骤(1)所得正极混料转移至匣钵中，并将所述匣钵置于窑炉内进行烧结处理，且所述烧结处理的升温速率为1℃/min，目标温度为600℃，保温时间为18h，最终得到磁性物含量为30ppb的钴酸锂正极材料。

实施例2

本实施例提供一种降低锂电池正极材料中磁性物含量的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将磁性物含量为500ppb的钴酸锂和碳酸锂混合均匀，且所述碳酸锂的混合质量占钴酸锂质量的0.2％，并伴随着速率为100rpm的搅拌，得到正极混料；

(2)将步骤(1)所得正极混料转移至匣钵中，并将所述匣钵置于窑炉内进行烧结处理，且所述烧结处理的升温速率为1℃/min，目标温度为300℃，保温时间为24h，最终得到磁性物含量为11ppb的钴酸锂正极材料，磁性物含量降低幅度达97.8％。

实施例3

本实施例提供一种降低锂电池正极材料中磁性物含量的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将钴酸锂和氢氧化锂混合均匀，且所述氢氧化锂的混合质量占钴酸锂质量的0.01％，并伴随着速率为300rpm的搅拌，得到正极混料；

(2)将步骤(1)所得正极混料转移至匣钵中，并将所述匣钵置于窑炉内进行烧结处理，且所述烧结处理的升温速率为2℃/min，目标温度为900℃，保温时间为12h，最终得到磁性物含量为50ppb的钴酸锂正极材料。

实施例4

本实施例提供一种降低锂电池正极材料中磁性物含量的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将磁性物含量为600ppb的镍钴锰酸锂和氢氧化锂混合均匀，且所述氢氧化锂的混合质量占镍钴锰酸锂质量的2.5％，并伴随着速率为250rpm的搅拌，得到正极混料；

(2)将步骤(1)所得正极混料转移至匣钵中，并将所述匣钵置于窑炉内进行烧结处理，且所述烧结处理的升温速率为5℃/min，目标温度为900℃，保温时间为12h，最终得到磁性物含量为15ppb的镍钴锰酸锂正极材料，磁性物含量降低幅度达97.5％。

实施例5

本实施例提供一种降低锂电池正极材料中磁性物含量的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将镍钴铝酸锂和氧化锂混合均匀，且所述氧化锂的混合质量占镍钴铝酸锂质量的4％，并伴随着速率为200rpm的搅拌，得到正极混料；

(2)将步骤(1)所得正极混料转移至匣钵中，并将所述匣钵置于窑炉内进行烧结处理，且所述烧结处理的升温速率为3℃/min，目标温度为600℃，保温时间为20h，最终得到磁性物含量为40ppb的镍钴铝酸锂正极材料。

实施例6

本实施例提供一种降低锂电池正极材料中磁性物含量的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将磁性物含量为650ppb的镍锰酸锂和氧化锂混合均匀，且所述氧化锂的混合质量占镍锰酸锂质量的5％，并伴随着速率为200rpm的搅拌，得到正极混料；

(2)将步骤(1)所得正极混料转移至匣钵中，并将所述匣钵置于窑炉内进行烧结处理，且所述烧结处理的升温速率为3℃/min，目标温度为600℃，保温时间为20h，最终得到磁性物含量为80ppb的镍锰酸锂正极材料，磁性物含量降低幅度达87.7％。

实施例7

本实施例提供一种降低锂电池正极材料中磁性物含量的方法，除了将步骤(1)中的碳酸锂改为碳酸锂和氢氧化锂的等质量混合物，其余步骤及条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。

本实施例所得锂电池锂正极材料的磁性物含量为28ppb。

实施例8

本实施例提供一种降低锂电池正极材料中磁性物含量的方法，除了将步骤(1)中的碳酸锂改为氢氧化锂和氧化锂的等质量混合物，其余步骤及条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。

本实施例所得锂电池正极材料的磁性物含量为26ppb。

实施例9

本实施例提供一种降低锂电池正极材料中磁性物含量的方法，除了将步骤(1)中碳酸锂的混合质量占钴酸锂质量的比例改为0.005％，其余步骤及条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。

本实施例所得钴酸锂正极材料的磁性物含量为50ppb。

实施例10

本实施例提供一种降低锂电池正极材料中磁性物含量的方法，除了将步骤(1)中碳酸锂的混合质量占钴酸锂质量的比例改为5.5％，其余步骤及条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。

本实施例所得锂电池正极材料的磁性物含量为22ppb。

实施例11

本实施例提供一种降低锂电池正极材料中磁性物含量的方法，除了将步骤(2)中烧结处理的目标温度改为250℃，其余步骤及条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。

本实施例所得锂电池正极材料的磁性物含量为48ppb。

实施例12

本实施例提供一种降低锂电池正极材料中磁性物含量的方法，除了将步骤(2)中烧结处理的目标温度改为1000℃，其余步骤及条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。

本实施例所得锂电池正极材料的磁性物含量为26ppb。

对比例1

本对比例提供一种降低锂电池正极材料中磁性物含量的方法，所述方法为在产线上增设除磁棒和除铁机，以便去除正极材料中微量的磁性物。

相较于实施例1，本对比例虽然能够去除磁性物，但是无法完全去除弱磁性物，且需要经过多次重复除磁，工序较为复杂，且设备成本高昂。

由此可见，本发明通过锂电池正极材料与锂盐混合均匀并进行烧结处理，利用锂盐与正极材料中的弱磁性物质，如Fe、Fe

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。