鉅大LARGE | 點擊量：375次 | 2024年01月22日
解析鋰離子電池三元材料前軀體制備工藝
三元材料主要指的是鎳鈷錳鋰材料（NCM），但是NCM材料（特別是高鎳的811，532等）普遍存在著合成困難，循環性能不穩定的問題。這就要從合成工藝，焙燒工藝方面著手進行改進。今天小編就帶大家熟悉一下NCM前驅體的制備工藝。
鋰離子電池經過了二十余年的發展，無論是從可靠性上，還是從電池性能上都有了長足的進步。多種正極也在這個過程中被開發出來，例如歷史最為悠久的鈷酸鋰，還有磷酸鐵鋰，錳酸鋰等。但是隨著對鋰離子電池性能指標要求的進一步提升，這些材料已經無法滿足要求，三元材料孕育而生。
三元材料主要指的是鎳鈷錳鋰材料（NCM），它最大的優點是容量高，例如NCM811材料容量可以達到220mAh/g左右，相比于鈷酸鋰（140mAh/g）有了明顯的提升，并且NCM材料還有高壓潛力，可以充電至4.35V，同時由于錳的加入也降低了材料的成本。但是NCM材料（特別是高鎳的811，532等）普遍存在著合成困難，循環性能不穩定的問題。這就要從合成工藝，焙燒工藝方面著手進行改進。今天小編就帶大家熟悉一下NCM前驅體的制備工藝。
NCM材料的電化學性能在很大程度上取決于前驅體的形貌和顆粒分布的均勻程度。目前上工業上使用的主要方法為共沉淀方法，主要的原材料有硫酸鈷、硫酸鎳、硫酸鎳和碳酸氫鈉。將碳酸氫銨制成溶液，將硫酸錳、硫酸鈷、硫酸鎳按照質量比0.54：0.13：0.13溶解于去離子水中，并緩慢加入碳酸氫銨溶液，并不斷攪拌。碳酸氫銨溶液的PH值為7.78，在此PH值下，Ni2+、Co2+、Mn2+均會生成碳酸鹽，而無氫氧化物和堿式碳酸鹽生成。具體的反應方程式如下：
將反應得到沉淀過濾，并用去離子水清洗，直到沒有硫酸根殘留（采用BaCl2溶液進行檢測，直到濾液不再出現白色沉淀），得到的沉淀放入真空烘箱中在80℃下進行干燥，就可以得到三元材料的前驅體--三元碳酸鹽。在實際的生產中硫酸鹽的轉化率與反應物的濃度、反應物之間的比例和反應的溫度有著密切的關系。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
當碳酸氫銨的濃度從低到高逐漸增大的時候，溶液的顏色由深變淺，到無色，再變深。溶液顏色的代表著溶液中殘留的金屬離子，因此碳酸氫銨的濃度存在著一個最佳值，在這個濃度附近，金屬離子沉淀效果最好，當小于這個濃度或者大于這個濃度都會造成金屬離子沉淀不充分，造成浪費和環境污染。其次是三元金屬鹽與碳酸氫銨的濃度比例也會影響金屬離子的沉淀效果。在固定碳酸氫銨的濃度后，調整碳酸氫銨溶液的加入量，發現隨著碳酸氫銨溶液的加入，溶液顏色逐漸變淺，當比例達到1：5時，溶液基本呈無色狀態，計算此時的轉化效率為91.2%，再增加碳酸氫銨的量對轉化效率作用不大。對于鋰離子電池材料，形貌對于電性能也有舉足輕重的影響，生產中一般要求前驅體為均勻的球形顆粒，在實際生產中發現，隨著碳酸氫銨用量的增加，前驅體球形粒徑略有增加，因此可以根據有求，有目的調控前驅體的尺寸。
