簡(jiǎn)析鋰電池三元材料前軀體制備工藝

　　鋰離子電池經(jīng)過了二十余年的發(fā)展，無論是從可靠性上，還是從電池性能上都有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。多種正極也在這個(gè)過程中被開發(fā)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(duì)鋰離子電池性能指標(biāo)要求的進(jìn)一步提升，這些材料已經(jīng)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(yōu)點(diǎn)是容量高，例如NCM811材料容量可以達(dá)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(shí)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(huán)性能不穩(wěn)定的問題。這就要從合成工藝，焙燒工藝方面著手進(jìn)行改進(jìn)。今天小編就帶大家熟悉一下NCM前驅(qū)體的制備工藝。

　　NCM材料的電化學(xué)性能在很大程度上取決于前驅(qū)體的形貌和顆粒分布的均勻程度。目前上工業(yè)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(zhì)量比0.540.130.13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(huì)生成碳酸鹽，而無氫氧化物和堿式碳酸鹽生成。具體的反應(yīng)方程式如下

　　將反應(yīng)得到沉淀過濾，并用去離子水清洗，直到?jīng)]有硫酸根殘留（采用BaCl2溶液進(jìn)行檢測(cè)，直到濾液不再出現(xiàn)白色沉淀），得到的沉淀放入真空烘箱中在80℃下進(jìn)行干燥，就可以得到三元材料的前驅(qū)體--三元碳酸鹽。在實(shí)際的生產(chǎn)中硫酸鹽的轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)物的濃度、反應(yīng)物之間的比例和反應(yīng)的溫度有著密切的關(guān)系。

　　當(dāng)碳酸氫銨的濃度從低到高逐漸增大的時(shí)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(gè)最佳值，在這個(gè)濃度附近，金屬離子沉淀效果最好，當(dāng)小于這個(gè)濃度或者大于這個(gè)濃度都會(huì)造成金屬離子沉淀不充分，造成浪費(fèi)和環(huán)境污染。其次是三元金屬鹽與碳酸氫銨的濃度比例也會(huì)影響金屬離子的沉淀效果。在固定碳酸氫銨的濃度后，調(diào)整碳酸氫銨溶液的加入量，發(fā)現(xiàn)隨著碳酸氫銨溶液的加入，溶液顏色逐漸變淺，當(dāng)比例達(dá)到15時(shí)，溶液基本呈無色狀態(tài)，計(jì)算此時(shí)的轉(zhuǎn)化效率為91.2%，再增加碳酸氫銨的量對(duì)轉(zhuǎn)化效率作用不大。對(duì)于鋰離子電池材料，形貌對(duì)于電性能也有舉足輕重的影響，生產(chǎn)中一般要求前驅(qū)體為均勻的球形顆粒，在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，隨著碳酸氫銨用量的增加，前驅(qū)體球形粒徑略有增加，因此可以根據(jù)有求，有目的調(diào)控前驅(qū)體的尺寸。