电池级微米碳酸锂的制备方法 |
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| 申请号 | CN201710149064.1 | 申请日 | 2017-03-14 | 公开(公告)号 | CN106654265A | 公开(公告)日 | 2017-05-10 |
| 申请人 | 中国科学院青海盐湖研究所; | 发明人 | 曾金波; 周园; 海春喜; 任秀峰; 李翔; 年洪恩; 申月; 董欧阳; 张丽娟; 马路祥; 孙艳霞; 张新星; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种 电池 级微米 碳 酸锂的制备方法，包括步骤：A、将 水 溶性锂盐配制成水溶液，获得第一溶液，其中，第一溶液中Li+浓度为0.5mol/L～6mol/L；B、将 水溶性 碳酸盐配制成水溶液，获得第二溶液，其中，第二溶液中CO32‑浓度为0.5mol/L～3mol/L；C、将分散剂溶解于多元醇中，获得第三溶液；D、向第三溶液中加入第一溶液和第二溶液，获得第四溶液；E、第四溶液在30℃～70℃下混合并反应1h～3h，获得悬浊液；F、将悬浊液进行固液分离，获得滤液和 滤饼 ，滤饼经洗涤、干燥获得电池级微米碳酸锂。根据本发明的制备方法工艺简单，获得的电池级微米碳酸锂的结晶度好、分散性好、纯度高，该制备方法有利于电池级微米碳酸锂向尖端行业应用和推广。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种电池级微米碳酸锂的制备方法，其特征在于，包括步骤： |
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| 说明书全文 | 电池级微米碳酸锂的制备方法技术领域[0001] 本发明属于电池材料技术领域，具体来讲，涉及一种电池级微米碳酸锂的制备方法。 背景技术[0002] 碳酸锂是锂盐工业的基础原料，不仅可以直接使用，还可以作为原料制备各种附加值高的锂盐及其化合物。如高技术应用领域中的彩色萤光粉、药用及锂电池等电子材料等领域，即对碳酸锂质量的要求很高，工业级碳酸锂不能直接用于生产锂电池，必须通过精制除去其中的无机盐类等杂质才能达到各种专用品的不同质量指标要求。 [0003] 随着锂离子电池的发展，市场对锂离子电池的需求更大，根据电池级微粉碳酸锂专用产品的质量要求，结合市场需求，制备出分散性好、纯度高的电池级微米碳酸锂显得越来越重要。 发明内容[0004] 为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种电池级微米碳酸锂的制备方法，该制备方法工艺简单，获得的电池级微米碳酸锂的结晶度好、分散性好、纯度高。 [0005] 为了达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案： [0006] 一种电池级微米碳酸锂的制备方法，包括步骤：A、将水溶性锂盐配制成水溶液，获得第一溶液，其中，所述第一溶液中Li+浓度为0.5mol/L～6mol/L；B、将水溶性碳酸盐配制成水溶液，获得第二溶液，其中，所述第二溶液中CO32-浓度为0.5mol/L～3mol/L；C、将分散剂溶解于多元醇中，获得第三溶液；D、向所述第三溶液中加入所述第一溶液和所述第二溶液，获得第四溶液；E、所述第四溶液在30℃～70℃下混合并反应1h～3h，获得悬浊液；F、将所述悬浊液进行固液分离，获得滤液和滤饼，所述滤饼经洗涤、干燥获得电池级微米碳酸锂。 [0007] 进一步地，所述分散剂为聚合度为1000～6000的聚乙二醇，且所述分散剂的质量为所述水溶性锂盐的质量的1％～7％。 [0008] 进一步地，所述多元醇为乙二醇、丙二醇、丙三醇、二甘醇中的任意一种。 [0009] 进一步地，在所述第四溶液中，CO32-的物质的量浓度与Li+的物质的量浓度之比不小于1:2。 [0011] 进一步地，所述水溶性碳酸盐选自碳酸钠、碳酸铵中的至少一种。 [0012] 进一步地，在所述步骤F中，先用去离子水洗涤所述滤饼2次，再用无水乙醇洗涤所述滤饼1次～2次。 [0013] 进一步地，在所述步骤F中，将经过洗涤的滤饼在50℃下干燥至少12h，获得所述电池级微米碳酸锂。 [0014] 进一步地，所述多元醇的体积是所述第一溶液的体积的1/2～1倍。 [0015] 进一步地，在所述步骤E中，将所述悬浊液陈化1.5h～2.5h。 [0016] 本发明的有益效果： [0017] (1)根据本发明的制备方法采用多元醇作为溶剂，避免了现有技术中以水作为溶剂时所存在的羟基作用和毛细管作用而导致的团聚现象，经该制备方法获得的电池级微米碳酸锂的分散性更好； [0018] (2)根据本发明的制备方法以水溶性锂盐作为锂源，以水溶性碳酸盐作为沉淀剂，以多元醇-聚乙二醇作为分散剂，利用均匀沉淀法，有效控制了碳酸锂的成核、结晶过程，提高了电池级微米碳酸锂的纯度和分散性； [0020] 通过结合附图进行的以下描述，本发明的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中： [0021] 图1是根据本发明的实施例2的电池级微米碳酸锂的XRD图片； [0022] 图2是根据本发明的实施例2的电池级微米碳酸锂的SEM图片； [0023] 图3是根据本发明的实施例3的电池级微米碳酸锂的SEM图片。 具体实施方式[0024] 以下，将参照附图来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。 [0025] 将理解的是，尽管在这里可使用术语“第一”、“第二”等来描述各种物质，但是这些物质不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个物质与另一个物质区分开来。 [0026] 本发明公开了一种电池级微米碳酸锂的制备方法，其具体包括下述步骤： [0027] 步骤S1、将水溶性锂盐配制成水溶液，获得第一溶液，其中，第一溶液中Li+浓度为0.5mol/L～6mol/L。 [0028] 具体来讲，水溶性锂盐可以是氯化锂、硝酸锂、硫酸锂中的至少一种。 [0029] 步骤S2、将水溶性碳酸盐配制成水溶液，获得第二溶液，其中，第二溶液中CO32-浓度为0.5mol/L～3mol/L。 [0030] 具体来讲，水溶性碳酸盐可以是碳酸钠、碳酸铵中的至少一种。 [0031] 步骤S3、将分散剂溶解于多元醇中，获得第三溶液。 [0032] 具体来讲，分散剂为聚合度为1000～6000的聚乙二醇，且分散剂的质量为水溶性锂盐的质量的1％～7％；多元醇可以是乙二醇、丙二醇、丙三醇、二甘醇中的任意一种。 [0033] 优选地，多元醇的体积为第一溶液的体积的1/2～1倍。 [0034] 步骤S4、向第三溶液中加入第一溶液和第二溶液，获得第四溶液。 [0035] 为了使得第一溶液中的Li+与第二溶液中的CO32-能够接触并及时充分反应，优选同时将二者以慢速加入至第三溶液中，且考虑到充分反应及降低成本等因素，控制第四溶液中CO32-的物质的量浓度与Li+的物质的量浓度之比不小于1:2。 [0036] 步骤S5、第四溶液在30℃～70℃下混合并反应1h～3h，获得悬浊液。 [0037] 优选地，为了使得电池级微米碳酸锂结晶更为完好，将获得的悬浊液陈化1.5h～2.5h。 [0038] 步骤S6、将悬浊液进行固液分离，获得滤液和滤饼，滤饼经洗涤、干燥获得电池级微米碳酸锂。 [0039] 优选地，先用去离子水洗涤滤饼2次，再用无水乙醇洗涤滤饼1次～2次；最后将经过洗涤的滤饼在50℃下在真空干燥箱中干燥至少12h，即可获得电池级微米碳酸锂。 [0040] 以下将通过具体的实施例体现本发明的上述制备方法；为了对比各实施例中的不同条件，以表格的形式列出实施例1-5的条件参数；在实施例1-5中，第一溶液、第二溶液用量均为50mL。 [0041] 表1实施例1-5的条件参数对比 [0042] [0043] 对实施例1获得的电池级微米碳酸锂进行化学分析，可知该产物中Li2CO3的质量百分数大于99.5％，其中杂质成分的质量百分数列于表2中。 [0044] 表2实施例1获得的电池级微米碳酸锂中杂质成分质量百分数 [0045]Na Mg Ca K Fe Zn Cu <0.021％ <0.004％ <0.005％ <0.001％ <0.001％ <0.0001％ <0.0001％ Pb Si Al Mn Ni SO42- Cl- <0.0003％ <0.0003％ <0.0001％ <0.0001％ <0.001％ <0.08％ <0.003％[0046] 对实施例2获得的电池级微米碳酸锂分别进行了X射线衍射测试(简称XRD)和扫描电镜测试(简称SEM)，分别如图1和图2所示。在图1中，产物的衍射峰非常尖锐，与标准图谱吻合度较高，说明获得的电池级微米碳酸锂产物的纯度较高，且没有杂质相的生成；在图2中，可以看出电池级微米碳酸锂结晶度较高，粒径约为8μm左右，反应产率为23.3％；考虑到反应时间为1h时反应产率偏低，而反应时间为3h时反应产率并未有大幅度提高，因此优选 2h作为反应时间。 [0047] 对实施例2获得的电池级微米碳酸锂进行化学分析，可知该产物中Li2CO3的质量百分数大于99.5％，其中杂质成分的质量百分数列于表3中。 [0048] 表3实施例2获得的电池级微米碳酸锂中杂质成分质量百分数 [0049]Na Mg Ca K Fe Zn Cu <0.021％ <0.008％ <0.005％ <0.001％ <0.001％ <0.0002％ <0.0003％ Pb Si Al Mn Ni SO42- Cl- <0.0003％ <0.003％ <0.001％ <0.0003％ <0.001％ <0.08％ <0.003％ [0050] 对实施例3获得的电池级微米碳酸锂进行了SEM测试，如图3所示。在图3中，可以看出电池级微米碳酸锂结晶度较高，粒径约为4μm左右，反应产率为25.1％。由于提高了反应温度和CO32-的浓度，反应产率增加，实际生产中可以根据生产成本选择合适的生产温度和反应物浓度。对实施例3获得的电池级微米碳酸锂进行化学分析，可知该产物中Li2CO3的质量百分数大于99.5％，其中杂质成分的质量百分数列于表4中。 [0051] 表4实施例3获得的电池级微米碳酸锂中杂质成分质量百分数 [0052]Na Mg Ca K Fe Zn Cu <0.021％ <0.008％ <0.005％ <0.001％ <0.001％ <0.0002％ <0.0003％ Pb Si Al Mn Ni SO42- Cl- <0.0003％ <0.003％ <0.001％ <0.0003％ <0.001％ <0.08％ <0.003％ [0053] 在实施例4-5中，由于反应物浓度较大反应较快，虽然有分散剂的作用，但获得的电池级微米碳酸锂产品中仍存在一定的团聚，因此实际生产中要选择合适的反应物浓度。对实施例4-5获得的电池级微米碳酸锂分别进行了化学分析，可知每一产物中Li2CO3的质量百分数均大于99.5％，其中杂质成分的质量百分数分别列于表5-6中。 [0054] 表5实施例4获得的电池级微米碳酸锂中杂质成分质量百分数 [0055]Na Mg Ca K Fe Zn Cu <0.021％ <0.008％ <0.005％ <0.001％ <0.001％ <0.0002％ <0.0003％ Pb Si Al Mn Ni SO42- Cl- <0.0003％ <0.003％ <0.001％ <0.0003％ <0.001％ <0.08％ <0.003％ [0056] 表6实施例5获得的电池级微米碳酸锂中杂质成分质量百分数 [0057]Na Mg Ca K Fe Zn Cu <0.021％ <0.008％ <0.005％ <0.001％ <0.001％ <0.0002％ <0.0003％ Pb Si Al Mn Ni SO42- Cl- <0.0003％ <0.003％ <0.001％ <0.0003％ <0.001％ <0.08％ <0.003％ [0058] 通过实施例1-5，可以看出，当使用聚乙二醇1000、或聚乙二醇2000、或聚乙二醇3000、或聚乙二醇6000作为分散剂时，分散剂的种类对电池级微米碳酸锂产物的形貌和颗粒大小影响不大，但是对电池级微米碳酸锂产物的分散性影响很大。 [0059] 为了进一步验证本发明的电池级微米碳酸锂的制备方法有益效果，进行了如下的对比实验，对比例1旨在通过与上述实施例2-5进行对比，以说明分散剂使用的必要性。 [0060] 对比例1 [0061] 在对比例1的描述中，与实施例2-5的相同之处在此不再赘述，只描述与实施例2-5的不同之处。对比例1与实施例2-5的不同之处在于，在步骤S3中，未使用聚乙二醇1000、或聚乙二醇2000、或聚乙二醇3000、或聚乙二醇6000，也就是说，第三溶液仅包括25mL的乙二醇。最终获得的电池级微米碳酸锂的粒径约为14μm，但出现了较为严重的团聚现象。 |
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