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粉体百科:三元正极材料制备方法大盘点


来源:中国粉体网   墨玉

[导读]  随着大规模储能和电动车的快速发展,对锂离子电池正极材料的产品质量提出了越来越严格的要求。为满足市场对正极材料的高品质要求,自动化、智能化的大规模生产技术和装备技术就显得越来越重要。以下是三元正极材料的主要制备方法盘点。

中国粉体网讯  随着大规模储能和电动车的快速发展,对锂离子电池正极材料的产品质量提出了越来越严格的要求。为满足市场对正极材料的高品质要求,自动化、智能化的大规模生产技术和装备技术就显得越来越重要。以下是三元正极材料的主要制备方法盘点。


固相法


三元材料固相法通常直接将镍源、钴源、锰源和锂源经过机械混合,随后经过煅烧得到三元正极材料,是锂离子电池三元镍钴锰正极材料工业化生产的方法之一。但是,固相法制备的产品形貌不均匀,颗粒尺寸分布宽泛、电化学性能较差,并且长时间高温煅烧(大于24h,100℃左右)能耗大成本高,限制了固相法的发展和应用。


共沉淀法


共沉淀法指将反应物溶于溶剂中后,继而引入沉淀剂使得反应物同时沉淀析出的湿法化学制备技术。共沉淀方法操作相对简单,同时在沉淀过程中,可以通过精准地控制沉淀条件(pH值、浓度、络合剂、表面活性剂、溶剂组成等),实现对产物的形貌和尺寸的调控。目前,三元镍钴锰正极材料共沉淀反应研究中,常用沉淀剂有氢氧化物、碳酸盐和草酸盐。



共沉淀法合成三元材料装置示意图


溶胶-凝胶法


溶胶-凝胶法是采用金属盐与络合剂络合形成溶胶,继而蒸发溶剂得到凝胶的方法,这种方法可以在短时间内实现反应物分子水平上的混合,制备的材料元素分布均匀。但溶胶-凝胶法反应周期长,处理过程复杂,工业化难度较大。


模板法


模板法指采用具有一定形貌或是结构的前驱体物质,通过拓扑效应使最终产物能够将模板剂形貌继承并保持下来,是一种常见的制备具有一定形貌三元正极材料的方法。



模板法合成三元材料流程图


水热法


水热法是指在高温高压的过饱和液相溶液中进行化学合成的方法,属于湿化学法合成的一种。水热法制备的三元材料颗粒均匀、结晶度高,且反应过程易控制、生产成本低。但水热反应设备昂贵,制备过程安全性能差,使得其工业化程度仍然较低。


热聚合法


一些单体分子,在高温下可以产生自由基进行聚合形成高分子,即为热聚合反应,人们可以利用此反应进行金属氧化物粉体的制备。


热聚合法合成三元材料流程图

随着固定储能和移动储能产业的快速发展,拉动了锂离子电池正极材料的技术进步。在正极材料制备技术的发展过程中,以前侧重单元技术工艺的研发,主要通过材料的结构调控来优化材料加工性能和电化学性能。而未来的大规模智能制造,一方面仍然需要关注单元技术工艺的可规模性,更需要关注单元技术工艺之间的反馈与联动效率,从而提高大规模制造过程的能效,提高产品稳定性。


参考来源:

邵奕嘉.三元镍钴锰正极材料的制备及改性

王莉.锂离子电池正极材料生产技术的发展

邹邦坤.锂离子电池三元正极材料的研究进展


(中国粉体网编辑整理/墨玉)

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