鋰離子正極材料是鋰離子電池構成材料中最重要的部分,直接影響鋰離子電池的性能,占有較大的比例(正負極材料的質量比為3:1-4:1)常見的鋰電池正極材料有鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、三元材料等。
1、鈷酸鋰是成熟的鋰離子電池正極材料,但是該材料中鈷元素毒性大,價格較貴,大大限制了其廣泛的應用和發(fā)展。目前鈷酸鋰材料電池主要應用于數(shù)碼電池中。
2、鎳酸鋰雖然價格低廉且來源廣泛但是熱穩(wěn)定性差,存在較大的安全隱患。目前應用受到很大的局限性。
3、錳酸鋰其熱穩(wěn)定性能比鈷酸鋰和鎳酸鋰好,耐過沖,電壓高、安全性好、價格低廉。但是在高溫循環(huán)過程中,由于錳的溶解和電解液的分解容易導致衰減。
4、磷酸鐵鋰原料豐富、價格低廉、對環(huán)境友好。正極材料燒結設備耐酸堿導靜電涂料具有較好的循環(huán)性能和高安全性,先在電動車上得到應用。
5、三元材料是受到鈷酸鋰的金屬元素摻雜改性的啟發(fā)。結合了鈷酸鋰、鎳酸鋰和錳酸鋰的優(yōu)點,形成了三元共溶體,可以充分發(fā)揮三個組員的作用,在動力型電池市場占據(jù)了重要地位。
鋰離子電池正極材料的工業(yè)化合成主要采用高溫固相法,其生產工藝流程大致為:原料準備(如鐵鹽、磷酸鹽)—稱重計量—配料—混合—干燥—燒結—粉碎分級—合批—除鐵—包裝。高溫固相燒結合成工藝其核心關鍵設備是燒結窯爐-隧道窯。
燒結窯爐多為推板窯和輥道窯,屬于連續(xù)式加熱燒結,其組成為金屬外殼內襯輕質保溫材料和耐火材料,燒結溫度在600-1200℃,屬于低溫燒結,多采用電加熱(電阻絲加熱和硅碳棒)加熱。窯爐為階段性溫度段,包括預熱段、升溫段、恒溫段和降溫段。窯爐上連接著氣氛管道和抽氣管道,用于補充窯爐新鮮空氣和排除燒結過程中的廢氣物。
鋰離子電池在加熱燒制過程中,會發(fā)生一系列的物理化學反應,有大量的水汽、膠氣和酸堿根離子等廢棄物排放。對窯爐和排氣管道存在著嚴重的腐蝕。另外窯爐作為正極材料燒結的高溫設備,其安全性和節(jié)能性對于產品質量和效率至關重要。
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