三元材料關(guān)鍵指標(biāo)控制方法

發(fā)布時間：

2019-09-20

不論是在實(shí)驗(yàn)室中還是在生產(chǎn)過程中，影響三元材料的因素很多，下面簡單總結(jié)一下生產(chǎn)過程中控制產(chǎn)品穩(wěn)定一致的關(guān)鍵點(diǎn)。

一容量

最合適的鋰化配比值很容易在實(shí)驗(yàn)室中找出，但在生產(chǎn)過程中，我們需要控制每個批次的產(chǎn)品都達(dá)到相同的容量值，這就需要做到以下幾點(diǎn)：

1嚴(yán)格控制三元材料前驅(qū)體和鋰源供應(yīng)商的產(chǎn)品品質(zhì)和批次穩(wěn)定性；

2準(zhǔn)確檢測出三元材料前驅(qū)體的總金屬含量和鋰源的鋰含量；

3采用混合效果好的混合設(shè)備，保證混合物料每個點(diǎn)的鋰化值都基本一致；

煅燒溫度三元材料的最佳煅燒溫度也很容易在實(shí)驗(yàn)室中找到，但在生產(chǎn)過程中，還需注意：

a 固定匣缽裝料量和匣缽層數(shù)，不同的裝料量和匣缽層數(shù)所需的煅燒溫度略有差別，若調(diào)整匣缽裝料量和匣缽層數(shù)后，需要調(diào)整相應(yīng)的煅燒溫度。

b 窯爐測溫元件的定期校正。

二倍率

不同組分三元材料的倍率性能不同，本文主要介紹相同組分三元材料倍率差別的原因。引起三元材料倍率性能差異的原因主要有材料的粒徑、形貌、鋰化配比、煅燒氣氛等。

1粒徑

粒徑小的材料比表面積較大，材料與電解液的接觸面積較大，同時鋰離子的擴(kuò)散路徑變短，有利于大電流密度下鋰離子在材料的嵌脫，因此小粒徑材料的倍率性能較好。要得到小粒徑的三元材料，需要用小粒徑的前驅(qū)體煅燒；或?qū)⒋罅降娜牧掀扑槌尚☆w粒后進(jìn)行煅燒。

2形貌

不同形貌的三元材料倍率性能不同，疏松多孔的形貌有利于電解液的浸潤，縮短鋰離子的擴(kuò)散路徑，所以倍率性能好于密實(shí)的形貌。

3鋰化配比

鋰化配比會影響材料的倍率性能。美國實(shí)驗(yàn)室對比了鋰化配比相差0.05的兩個樣品的倍率性能。

圖中“x=0”表示樣品分子式分為：Li1.0（Mn4/9Co1/9Ni4/9）O2；“x=0.05”表示樣品分子式為：Li1.05（Mn4/9Co1/9Ni4/9）0.95O2。

從圖中可以看出，在低倍率下（C/12）兩種樣品的容量無差別，但隨著充放電倍率的增大，高鋰化配比的樣品倍率性能明顯好于低鋰化配比的樣品。

三游離鋰

游離鋰是指三元材料表面的鋰的氧化物、氫氧化物及碳酸鹽等。由于鋰的化合物（氧化鋰、碳酸鋰、氫氧化鋰）為堿性，游離鋰離子含量升高，會使材料pH值升高，使粉體更容易受潮吸水；強(qiáng)堿性也容易使黏結(jié)劑PVDF出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，使電池漿料黏度增大甚至出現(xiàn)凝膠狀，材料無法進(jìn)入下一段工序。

1三元材料在國內(nèi)量產(chǎn)初期，并未嚴(yán)格控制材料表面的游離鋰，在中后期才逐步將材料表面的游離鋰含量納入成品控制之一。三元材料的游離鋰主要和材料的鋰化配比、煅燒制度有關(guān)。一般情況下，鋰化配比越高，材料表面的游離鋰含量越高。如圖

四比表面積

三元材料的比表面積主要影響電池制備過程中的正極材料調(diào)漿過程，大比表面積材料容易吸水，需要控制調(diào)漿環(huán)境水分，不然容易產(chǎn)生漿料黏度大、分散不易、顆粒團(tuán)聚快、過篩易堵住篩網(wǎng)、涂布顆粒多等問題。影響材料比表面積的因素主要有三元材料的粒度分布以及一次單晶大小。

1粒度分布

三元材料粒度分布對材料比表面積的影響從表中看出。兩類產(chǎn)品的SEM圖如圖所示。

從表中可以看出，產(chǎn)品1和產(chǎn)品2的D10、D50、D90、Dmax都很接近，唯一不同的是Dmin，產(chǎn)品1為0.77μm，產(chǎn)品2為4.17μm，且產(chǎn)品1小于3μm的顆粒占比為2.96％，這點(diǎn)粒度分布上的差別，使產(chǎn)品1的比表面積幾乎是產(chǎn)品2的一倍。