锂电三元前驱体工艺设计要点控制研究

锂电池材料分为正极材料、负极材料、隔膜、电解液等,正极材料是锂电池材料的关键性材料之一,三元前驱体是生产三元正极材料的重要上游材料。在三元前驱体工艺设计中,关注重点工艺控制条件、废水处理工艺设计、铜铁锌等异物引入的防护措施、工艺智能化设计,优化设计提升产品的竞争力,推动锂电池行业的发展。

镍钴锰三元前驱体的制备及性能研究

研究了采用共沉淀法制备镍钴锰三元前驱体,考察了氨水浓度、体系pH、反应时间、反应温度对所制备前驱体性能指标的影响。结果表明:在氨水浓度1 mol/L,体系pH=12、反应温度55℃、反应温度28 h最佳试验条件下,所制备前驱体产品粒度分布良好,呈均匀的类球形,结晶致密;混锂煅烧后的正极材料在2.8~4.4 V、0.2 C充放电制度下首次放电容量为169.14 mAh/g,首次效率为88.32%。

铜冶炼酸性废水浸出废旧三元锂离子电池正极材料中Co的动力学研究

采用铜冶炼酸性废水浸出废旧三元锂离子电池正极材料,考察了浸出温度、酸性废水中初始H_(2)SO_(4)浓度、搅拌速度对Co浸出率的影响。结果表明,当浸出时间150 min、浸出温度363 K、液固比12.5、还原剂淀粉用量10 g L、酸性废水中初始H_(2)SO_(4)浓度1.5 mol L时,正极材料中Co的浸出率可达99.12%。利用未反应收缩核模型分析了还原浸出过程中Co的动力学。结果表明,Co的浸出过程受内扩散和界面化学反应混合控制,表观活化能为23.657 kJ mol,动力学方程为:1-(1-x)^(1/3)+β[1-2/3x-(1-x)^(2/3)]=4.5243C^(1.29211)V^(1.60337)[exp(RT/23657)]t。

三元前驱体废水处理中冷凝水的回收应用

根据锂电池三元前驱体材料废水处理要求,前驱体洗水通过超滤装置、反渗透装置,所产浓水与前驱体母液合并,混合之后经过汽提脱氨和MVR蒸发结晶处理,最终实现零排放标准。其中汽提脱氨的低温冷凝水回用锅炉房,MVR蒸发结晶所产冷凝水回收利用,最终降温回一级RO装置制备纯水回用于生产。整个系统将低温冷凝水进行有效分配和利用,节能降耗,确保系统稳定运行。

煅烧时间对正极材料LiNi_(0.80)Co_(0.15)Al_(0.05)O_(2)浓度梯度结构及电化学性能的影响

将铝溶液按3种不同的流速连续注入,联合共沉淀结晶控制法合成了具有核壳结构的Ni_(0.80)Co_(0.15)Al_(0.05)(OH)_(2)前驱体,即内核为均相组成的Ni_(0.88)Co_(0.12)(OH)_(2),外壳为Ni、Co和Al含量呈连续变化的Ni_(0.72)Co_(0.18)Al_(0.10)(OH)_(2)。将该前驱体与LiOH·H_(2)O混合均匀,在700℃的氧气气流下进行煅烧,通过控制煅烧时间使材料中Ni、Co和Al扩散形成含量呈连续梯度变化的且具有类球形形貌的LiNi_(0.80)Co_(0.15)Al_(0.05)O_(2)正极材料。梯度结构中Ni、Co和Al的分布情况直接影响材料的电化学性能和结构稳定性。当煅烧时间为12 h时,从颗粒的核心到表面,Ni含量(原子分数)由0.855下降至0.732,Al含量由0.003增加至0.115,Co含量维持在0.142~0.163之间,而表面组成为Ni_(0.732)Co_(0.153)Al_(0.115)O_(2)。此时材料具有良好完整的层状结构且Li^(+)/Ni^(2+)混排程度最低,在0.2C下的放电比容量为201.3 m Ah·g^(-1),略低于均相LiNi_(0.80)Co_(0.15)Al_(0.05)O_(2)的放电比容量(205.8 mAh·g^(-1));以0.2C充电、1C放电循环200周后,其容量保留率为71.6%,优于均相组成的材料(54.6%)。这是因为镍含量低而铝、钴含量高(相对于均相材料)的外层可以有效抑制充放电循环过程中引起颗粒体积的各向异性变化,减少电极极化,从而减缓极片表面裂纹的生成和扩展,降低电池的电荷传递阻抗,从而提高循环稳定性和结构稳定性。该材料合成过程中只有在铝溶液流速切换时使p H值发生小幅度的波动,但很快恢复到稳定,可以保证前驱体具有良好的结晶性,使核壳结构易设计、控制;而后通过调控煅烧时间合成LiNi_(0.80)Co_(0.15)Al_(0.05)O_(2),有利于进一步地精准设计材料的浓度梯度结构。

三元前驱体废水汽提蒸氨工艺优化研究

目前比较普遍的三元前驱体废水汽提脱氨工艺有两种,一是采用配置有再沸器与冷凝器的精馏塔,并向再沸器中通入饱和蒸汽作为热源,二是采用只配置冷凝器但无再沸器的精馏塔,并直接从精馏塔底部通入饱和蒸汽作为热源。这两种工艺存在能耗偏高或排向下游废水处理量较大的问题。因此,本文提出了一种优化工艺路线,即配套再沸器但无冷凝器的精馏塔进行蒸氨操作,充分利用精馏塔塔顶蒸汽和塔釜出料液与原料废水进行合理换热,且经过换热后的原料液从精馏塔塔顶进料。并应用Aspen Plus工艺流程模拟软件,对优化工艺与上述两种传统工艺进行模拟计算和指标对比。建模时采用ELECNRTL热力学模型和等效变换以加快收敛。模拟结果表明,优化的工艺结合了两种传统工艺的优点,不但避免了蒸汽热源直接接触物料,使蒸氨塔塔釜废水量减少,而且充分利用了蒸氨塔塔顶蒸汽和塔釜出料液的余热,使整个系统的能耗降低。

锂电三元正极材料前驱体的研究进展

总结了三元正极材料前驱体结构设计和制备工艺的研究进展,指出合理的前驱体结构设计并结合合理制备工艺,可以改善正极材料电化学性能,得到性能优异的正极材料,从而满足高性能电池的使用要求。

前驱体制备对三元材料的影响及研究进展概述

概述了三元材料前驱体的各种物化参数(如粒径分布、振实密度、pH值、形貌、结晶度等)对三元材料结构以及电化学性能的影响,以此来进行科学合理的前驱体设计,制备出电化学性能优异的三元材料。阐述了前驱体的制备对三元材料制备的重要性,并对三元前驱体近几年的生产技术发展趋势进行研究,结合三元前驱体的市场趋势进行了合理的预判,指出前驱体的下一步发展方向为单晶化、间歇式生产。对国内主要的前驱体厂家生产规模及技术特点进行了分析评估总结。

汽提+反渗透膜+MVR工艺处理三元前驱体废水研究

三元前驱体生产过程产生的废水中,母液氨氮浓度高、盐分高,洗涤水氨氮浓度低、盐分低。传统处理工艺成本高、处理效果差,难以满足环保要求。研究了汽提+反渗透膜+MVR组合工艺处理三元前驱体废水,采用反渗透膜工艺处理洗涤水、汽提工艺处理母液水和反渗透膜浓缩液、MVR工艺蒸发结晶硫酸钠,回收废水中的钴、镍、锰金属、氨水、硫酸钠、中水和蒸馏水,可达到废水零排放、所有污染因子资源化的效果,实现绿色生产,降低废水处理成本。

三元锂电池正极材料的回收利用

随着三元锂电池需求的逐年增加,废旧锂电池的回收与资源化利用迫在眉睫。本文详细介绍了三元锂电池的构成、发展概况及正极材料的回收工艺,着重对废旧三元锂电池正极材料的分离、3种预处理工艺的优势及存在的问题进行了分析和讨论,并对废旧三元锂电池正极材料的回收工艺及未来的发展方向进行了展望。

湿法双层包覆正极材料前驱体的工艺研究

镍钴锰三元材料由于同时具备高容量、高密度等特点,目前已经成为3C、电动工具及电动汽车锂电正极材料的最佳选择。为了避免电解液和正极材料发生副反应及增强正极材料的导电性,对正极材料进行改性显得尤为重要。以Al_(2)(SO_(4))_(3)和CoSO_(4)为包覆原料,NaOH为沉淀剂,采用湿法包覆在前驱体表面先后包覆一层氢氧化铝和氢氧化钴,经过氧化得到羟基氧化铝和羟基氧化钴双层包覆的前驱体材料。分别对包覆前后的材料进行了LS-POP9、BET、TD、SEM、XRD、IR及正极电化学测试表征。实验表明,经过烧结后的正极材料同时具备较好的容量保持率和循环特性。室温下,0.2C(3.0~4.3V)比容量为175mAh/g,首效不小于85%,50次循环容量保持率大于100%。可见,双层复合包覆的方法,为提高锂电正极材料的性能提供了一种思路。

三元正极材料设计及制备工艺

LiNi_(x)Co_(y)Mn_(z)O_(2)三元正极材料作为主流正极材料在安全、寿命、成本等指标上相比钴酸锂材料更加有优势。广泛应用于新能源汽车、船舶、储能等诸多领域,成为现阶段最具发展潜力的正极材料。本文综述了三元正极材料的设计以及产业化的主流方法,详细的分析了三元正极材料从设计,原料,前驱体,成品的各个环节的主要影响因素,并展望了未来三元正极材料的“无钴化”发展趋势。