本發(fā)明屬于鈉離子電池材料，尤其涉及一種高效、資源化制備高振實密度鈉電前驅(qū)體的方法。

背景技術(shù)：

1、鈉離子電池作為一種新型的儲能材料，資源儲量豐富，地殼豐度高，綠色環(huán)保。同時，鈉離子電池的內(nèi)阻比鋰離子電池高，在短路的情況下瞬時發(fā)熱量少，溫升較低，熱失控溫度較高，具備更高的安全性，被廣泛應(yīng)用于電動汽車、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域。

2、然而，鈉離子電池正極材料的制備過程中工藝參數(shù)對材料性能的影響以及廢液污染環(huán)境等問題，限制了其大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。傳統(tǒng)的共沉淀法制備三元前驅(qū)體時，由于金屬離子沉淀系數(shù)差異大，容易導(dǎo)致沉淀不均勻，影響材料性能。此外，制備過程中產(chǎn)生的廢液如果處理不當(dāng)會增加環(huán)境污染和能源消耗。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種高效、資源化制備高振實密度鈉電前驅(qū)體的方法。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供了一種高效、資源化制備高振實密度鈉電前驅(qū)體的方法，包括以下步驟：

4、(1)將冶金廢渣進行兩段硫酸化焙燒，分離提取鐵元素和錳元素，補充鎳鹽制得鎳鐵錳混合鹽溶液；

5、(2)在保護氣氛下，將步驟(1)制得的鎳鐵錳混合鹽溶液與沉淀劑并流加入含有絡(luò)合劑的底液中進行共沉淀反應(yīng)，然后經(jīng)陳化、洗滌和干燥，制得鎳鐵錳基氫氧化物前驅(qū)體；

6、(3)對步驟(2)中洗滌產(chǎn)生的廢液進行化學(xué)沉淀和單效二次循環(huán)蒸發(fā)，完成廢液的回收利用。

7、本發(fā)明通過回收利用冶金廢渣中的鐵錳元素，并結(jié)合鎳鹽制備鎳鐵錳混合鹽溶液，然后采用多階段晶體生長技術(shù)，制備出球形度好、振實密度高且元素分布均勻的鎳鐵錳基氫氧化物前驅(qū)體材料。同時，本發(fā)明通過對制備過程中產(chǎn)生的洗滌廢液進行無害化處理，并回收副產(chǎn)物，實現(xiàn)了資源的循環(huán)利用和污染物的有效控制。

8、進一步地，步驟(1)中，所述冶金廢渣中各元素含量滿足：fe≥15.6％，mn≥10.9％，w≤2.5％，ca≤20.0％，si≤3.8％，zn≤0.3％，sn≤0.7％，na≤1.2％，s≤1.4％，al≤0.8％，pb≤0.3％。

9、進一步地，步驟(1)中，所述兩段硫酸化焙燒包括低溫焙燒和高溫焙燒；所述低溫焙燒的溫度為120-350℃，時間為20-180min；所述高溫焙燒的溫度為500-800℃，時間為50-200min。

10、進一步地，步驟(1)中，所述兩段硫酸化焙燒所用硫酸的質(zhì)量分數(shù)為40-50％。

11、進一步地，步驟(1)中，所述鎳鐵錳混合鹽溶液中包含鎳鹽、二價鐵鹽和錳鹽；所述鎳鹽、二價鐵鹽和錳鹽的摩爾比為x∶y∶(1-x-y)，其中，0.1≤x≤0.5，0.2≤y≤0.5；以金屬離子濃度計，所述鎳鐵錳混合鹽溶液的濃度為1.0-3.5mol/l。

12、進一步地，步驟(2)中，所述沉淀劑為氫氧化鈉溶液；所述氫氧化鈉溶液的濃度為1-6mol/l。

13、進一步地，步驟(2)中，所述含有絡(luò)合劑的底液由無氧水、抗氧化劑和絡(luò)合劑組成；所述絡(luò)合劑為氨水。

14、進一步地，步驟(2)中，所述共沉淀反應(yīng)包括第一階段和第二階段；

15、所述第一階段為成核階段，反應(yīng)參數(shù)為：反應(yīng)體系ph值為10.00-12.30，絡(luò)合劑濃度為0.06-0.50mol/l，成核時間為8-12h；

16、所述第二階段為生長階段，反應(yīng)參數(shù)為：反應(yīng)體系ph值為9.80-11.00，絡(luò)合劑濃度為0.06-0.50mol/l，生長時間為12-20h。

17、進一步地，步驟(2)中，所述鎳鐵錳基氫氧化物前驅(qū)體的d50(中值粒徑)為4-10μm，span(顆粒粒徑分布寬度)為0.5-0.8。

18、進一步地，步驟(3)中，所述化學(xué)沉淀所用沉淀劑為氯化鋇溶液；所述氯化鋇溶液的濃度為1-3mol/l。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和技術(shù)效果：

20、(1)本發(fā)明提供的方法簡單易行，原料成本低廉，制備的前驅(qū)體形貌可控、振實密度高，適用于大規(guī)模生產(chǎn)。

21、(2)本發(fā)明制備的鎳鐵錳基氫氧化物前驅(qū)體在應(yīng)用于鈉離子電池時，有助于提高電池的能量密度和循環(huán)壽命，同時本發(fā)明制備鎳鐵錳基氫氧化物前驅(qū)體的部分原料來自于廢渣，并且洗滌產(chǎn)生的廢液也通過化學(xué)沉淀轉(zhuǎn)化為副產(chǎn)物，減少了污染，提高了資源利用率，實現(xiàn)了廢棄物到電池材料的轉(zhuǎn)變。

技術(shù)特征：

1.一種高效、資源化制備高振實密度鈉電前驅(qū)體的方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效、資源化制備高振實密度鈉電前驅(qū)體的方法，其特征在于，步驟(1)中，所述冶金廢渣中各元素含量滿足：fe≥15.6％，mn≥10.9％，w≤2.5％，ca≤20.0％，si≤3.8％，zn≤0.3％，sn≤0.7％，na≤1.2％，s≤1.4％，al≤0.8％，pb≤0.3％。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效、資源化制備高振實密度鈉電前驅(qū)體的方法，其特征在于，步驟(1)中，所述兩段硫酸化焙燒包括低溫焙燒和高溫焙燒；所述低溫焙燒的溫度為120-350℃，時間為20-180min；所述高溫焙燒的溫度為500-800℃，時間為50-200min。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效、資源化制備高振實密度鈉電前驅(qū)體的方法，其特征在于，步驟(1)中，所述兩段硫酸化焙燒所用硫酸的質(zhì)量分數(shù)為40-50％。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效、資源化制備高振實密度鈉電前驅(qū)體的方法，其特征在于，步驟(1)中，所述鎳鐵錳混合鹽溶液中包含鎳鹽、二價鐵鹽和錳鹽；所述鎳鹽、二價鐵鹽和錳鹽的摩爾比為x∶y∶(1-x-y)，其中，0.1≤x≤0.5，0.2≤y≤0.5；以金屬離子濃度計，所述鎳鐵錳混合鹽溶液的濃度為1.0-3.5mol/l。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效、資源化制備高振實密度鈉電前驅(qū)體的方法，其特征在于，步驟(2)中，所述沉淀劑為氫氧化鈉溶液；所述氫氧化鈉溶液的濃度為1-6mol/l。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效、資源化制備高振實密度鈉電前驅(qū)體的方法，其特征在于，步驟(2)中，所述含有絡(luò)合劑的底液由無氧水、抗氧化劑和絡(luò)合劑組成；所述絡(luò)合劑為氨水。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效、資源化制備高振實密度鈉電前驅(qū)體的方法，其特征在于，步驟(2)中，所述共沉淀反應(yīng)包括第一階段和第二階段；

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效、資源化制備高振實密度鈉電前驅(qū)體的方法，其特征在于，步驟(2)中，所述鎳鐵錳基氫氧化物前驅(qū)體的d50為4-10μm，span為0.5-0.8。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效、資源化制備高振實密度鈉電前驅(qū)體的方法，其特征在于，步驟(3)中，所述化學(xué)沉淀所用沉淀劑為氯化鋇溶液；所述氯化鋇溶液的濃度為1-3mol/l。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種高效、資源化制備高振實密度鈉電前驅(qū)體的方法，屬于鈉離子電池材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明通過回收利用冶金廢渣中的鐵錳元素，并結(jié)合鎳鹽制備鎳鐵錳混合鹽溶液，然后采用多階段晶體生長技術(shù)，制備出球形度好、振實密度高且元素分布均勻的鎳鐵錳基氫氧化物前驅(qū)體材料。本發(fā)明制備的鎳鐵錳基氫氧化物前驅(qū)體在應(yīng)用于鈉離子電池時，有助于提高電池的能量密度和循環(huán)壽命，同時本發(fā)明制備鎳鐵錳基氫氧化物前驅(qū)體的部分原料來自于廢渣，并且洗滌產(chǎn)生的廢液也通過化學(xué)沉淀轉(zhuǎn)化為副產(chǎn)物，減少了污染，提高了資源利用率，實現(xiàn)了廢棄物到電池材料的轉(zhuǎn)變。

技術(shù)研發(fā)人員：王明賢,武耀杰,吳浩,尹良濤,陸志艷,孫澤
受保護的技術(shù)使用者：華東理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15