三元材料前躯体制备工艺简析锂离子电池经过了二十余年的进展,无论是从可靠性上,还是从电池性能上都有了长足的进步
多种正极也在这个过程中被开发出来,例如历史最为悠久的钴酸锂,还有磷酸铁锂,锰酸锂等
但是随着对锂离子电池性能指标要求的进一步提升,这些材料已经无法满足要求,三元材料孕育而生
三元材料主要指的是镍钴锰锂材料(NCM),它最大的优点是容量高,例如 NCM811 材料容量可以达到 220mAh/g 左右,相比于钴酸锂(140mAh/g)有了明显的提升,并且 NCM 材料还有高压潜力,可以充电至 4
35V,同时由于锰的加入也降低了材料的成本
但是NCM 材料(特别是高镍的 811,532 等)普遍存在着合成困难,循环性能不稳定的问题
这就要从合成工艺,焙烧工艺方面着手进行改进
今日我就带大家熟悉一下 NCM 前驱体的制备工艺
NCM 材料的电化学性能在很大程度上取决于前驱体的形貌和颗粒分布的均匀程度
目前上工业上使用的主要方法为共沉淀方法,主要的原材料有硫酸钴、硫酸镍、硫酸镍和碳酸氢钠
将碳酸氢铵制成溶液,将硫酸锰、硫酸钴、硫酸镍根据质量比 0
13 溶解于去离子水中,并缓慢加入碳酸氢铵溶液,并不断搅拌
碳酸氢铵溶液的 PH 值为 7
78,在此 PH 值下,Ni2+、Co2+、Mn2+均会生成碳酸盐,而无氢氧化物和碱式碳酸盐生成
具体的反应方程式如下:将反应得到沉淀过滤,并用去离子水清洗,直到没有硫酸根残留(采纳 BaCl2 溶液进行检测,直到滤液不再出现白色沉淀),得到的沉淀放入真空烘箱中在 80℃下进行干燥,就可以得到三元材料的前驱体—-三元碳酸盐
在实际的生产中硫酸盐的转化率与反应物的浓度、反应物之间的比例和反应的温度有着密切的关系
当碳酸氢铵的浓度从低到高逐渐增大的时候,溶液的颜色由深变浅,到无色,再变深
溶液颜色的代表着溶液中残留的金属离子