成果名称: | 高性能动力电池镍钴锰三元前驱体的合成技术及产业化 |
登记日期: | 2020-07-20 |
完成单位: | 广东佳纳能源科技有限公司 |
完成人员: | 吴理觉,张晨,文定强,汪华,郑江峰,秦汝勇,黄亚祥,陈珍华,冉建军,张颖 |
研究起止日期: | 2017-01-01至2019-12-31 |
主要应用行业: | 制造业 |
高新技术领域: | 新材料 |
评价单位: | 广东国评科技成果评价有限公司 |
评价日期: | 2020-07-15 |
成果简介: | 一、课题来源与背景 国内外镍钴锰三元正极材料制造厂家所生产的材料多为二次球形颗粒。随着锂电池循环次数的增加,二次球中的一次颗粒有着不同的晶面取向和滑移面,晶粒间晶格膨胀和收缩的各向异性,导致其在循环后期可能会出现二次颗粒的破碎,发生严重的容量衰减,循环性能急剧下降。而三元前驱体是三元正极材料高度定制化的标准品,开发出一种高性能动力电池正极材料前驱体是解决锂电池性能发挥差、安全性不足等问题的重要法宝。 二、技术原理及性能指标 (一)技术原理 1、选择镍钴锰液为原料,配制成金属混合盐溶液,采用独特的双铵盐络合络合体系反应底液,为均相共沉淀过程提供稳定的基础,过程为无氧氛围,反应过程镍钴锰硫酸盐溶液、氨水、液碱等以并流的方式加入反应釜进行连续沉淀反应;温度控制在20~60℃;pH控制为10.5-12.5;转速采用100~500r/min;整个反应在N2保护下进行; 2、第一次釜满D50粒径控在1~2μm,当反应釜满后直接由溢流管向准备好的陈化釜溢流,10~20h反应釜中颗粒尺寸长至3.5-4.0μm,立即停止进料; 3、然后将反应釜浆料与陈化釜浆料混合均匀,搅拌30min,经离心机洗涤,甩干后,加入烘箱在150℃下烘干,200目过筛包装,即可制备出3~4μm的小粒径三元前驱体,其形貌球形或类球形颗粒,外观均匀无结块粉末。 (二)性能指标 1、前驱体的粒径大小为3-4μm、球形度好、粒径分布<1.0、振实密度大于1.6 g/cm3; 2、小粒径高镍三元前驱体制备的正极材料,满足以下条件:0.2C首次放电容量≥210 mAh/g(2.8-4.3V);首次效率≥86 %;1C首次容量不低于180mAh/g;循环2000圈后容量保持率高于80%(全电池测试数据);10C放电比容量≥160 mAh/g。 三、技术的创造性与先进性 镍钴锰三元素湿法原子级组装技术,采用双铵盐体系反应底液,可实现镍钴锰三元素湿法原子级混合,双铵盐体系形成的缓冲,可精确控制前驱体颗粒一次晶粒的形核与生长,实现对前驱体结构的优化与调控,提高产品性能。 晶体内部缺陷控制技术,通过共沉淀反应过程的设备参数和工艺参数配合,可精准控制前驱体一次颗粒堆积形态及晶面优先生长方向,提供了一种三元材料粒径分布可控,材料表面残碱含量低,晶体结构性好,材料循环性能的连续进料工艺。 两段低成本高效率连续合成技术,通过精准控制前驱体颗粒粒度生长速率,三元前驱体颗粒可定向匀速生长,所得产品球形度较好,振实密度高,绿色节能,产品低杂质含量,前驱体产品的一致性和批次稳定性好。 四、技术的成熟程度、适用范围和安全性 本技术开发出了一种晶体结构完整、球形度好、振实密度高、流动性好、粒径分布窄、循环性能好的高性能动力型单晶三元前驱体。 开发出低成本、可连续化生产、批次稳定好、节能环保,且高效率的高性能动力型三元正极材料前驱体制备工艺。 开出发的三元正极材料前驱体可进一步通过掺杂和包覆去改善动力型正极材料体相结构稳定性和界面化学稳定性,在锂电池发挥出优异的倍率性能的同时,提高其容量和循环稳定性。 通过“高性能动力电池镍钴锰三元前驱体的合成技术及产业化”项目的研究及应用,制备的三元前驱体适合于工业化生产,在新能源汽车领域有着广阔的应用前景,公司将建成2000吨/年的动力型单晶小粒径三元正极材料前驱体和10000吨镍钴锰三元前驱体生产线,该技术的应用,产品动力性能良好,生产工艺优化,大大减少能耗,节约用电,采用自动化生产减少人工操作,提高产品生产安全性。 五、应用情况及存在问题 新能源汽车是现代汽车行业发展的重点,作为电动汽车的基础、核心部件,动力电池技术的发展决定着电动汽车的未来,基于本项目推出的高性能动力型单晶三元正极材料前驱体材料材料产品,可推动下游高镍单晶正极材料的生产,乃至高性能动力电池,随着相关的技术逐渐进入市场化应用阶段,将显著提升国产动力电池核心竞争力。终将满足新能源汽车对于锂电池快速充放、高温储能性能好、长寿命、高电压的需求,进一步提升产品和企业国际竞争力,培育外贸竞争新优势,扩大市场份额,提升市场层次,为高品质锂离子电池的低成本绿色制造,筑好堡垒、打好基础。 项目竣工后,将建成2000吨/年的动力型单晶小粒径三元正极材料前驱体和10000吨镍钴锰三元前驱体生产线,预计每年实现新增销售收入72000万元、净利润5760万元、上缴税金3600万元。本项目达产后,针对同型号产品在品质优异的情况下,尽享技术红利,比同行厂商产品毛利率将高出近5个百分点。本项目建成后预计可提供30个就业岗位。本项目实施过程中,吸收专业技术人才3人,培养技术骨干或研究生15人,增加就业50人,预计辐射带动锂电池行业发展新增产值10亿元。 该技术应用存在对原料溶液浓度、PH值要求严格的问题。 六、历年获奖情况 本项目课题共申请6项发明专利,并获得4项授权发明专利;发表论文6篇;参与制修订国家标准2项、国内行业标准12项。 |