大容量高安全三元正極材料關鍵製備技術及產業化

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大容量高安全三元正極材料關鍵製備技術及產業化大容量、高安全三元正極材料關鍵製備技術及產業化，鎳基多元氧化物正極材料具有價廉、高放電比容量等優點，是最具應用前景的動力電池正極材料。然而，倍率性能不足、結構和熱力學不穩定性嚴重製約了其規模化應用。「大容量、高安全三元正極材料關鍵製備技術及產業化」，從穩定晶面暴露和調控團聚兩個角度，大容量、高安全三元正極材料關鍵製備技術具有革命性的創新技術——超聲波-表面活性劑輔助技術及顆粒結構定向調控技術。

目錄

技術原理/技術要點

一、技術關鍵點

高倍率型三元正極材料超聲-表面活性劑輔助製備技術：超聲空化作用消除體系局部濃度不均，提高反應速率，刺激新相形成，抑制顆粒團聚，調控前驅體顆粒尺寸；（001）晶面暴露的極薄納米片層可減小鋰離子擴散距離，大幅提高材料的大倍率充放電性能；高容量型三元正極材料顆粒結構定向調控技術：通過構築高穩定（001）晶面暴露和高密度聚合的均相型氧化物層狀儲鋰結構，提升高鎳材料的循環穩定性和熱穩定性；梯度材料高Mn4+低Ni4+表層結構確保材料優異的電化學穩定性。0.2C倍率下首次放電比容量為188mAh/g，1C倍率200次循環容量保持率可達90.1%。高倍率型三元正極材料超聲-表面活性劑輔助製備技術：生產效率高（60min/批次前驅體），獲得的材料5C倍率下容量高達110mAh/g，1C循環200次容量保持率＞92%。高容量型三元正極材料顆粒結構定向調控技術:形成穩定（001）晶面暴露的高緻密儲鋰結構，材料振實密度高達2.7g/cm3，循環1000次容量保持率＞93%，DSC測試放熱起始溫度239℃。

二、主要創新點

（1）通過對傳統無縫管熱軋工藝設備的改造升級，提升了設備的加工能力，同時，創新性設計了高溫輸送隧道與工序間的快速移送裝置，最大限度減少坯料和鈦合金管在移送過程中的溫降，保障了穿孔、軋制、定徑、矯正各生產工藝對溫度的要求，實現了大尺寸鈦合金無縫管的熱軋一次成型。

（2）研製出適應於鈦合金加工用封閉塗料，結合梯度分級加熱制度，利用環形爐實現了大尺寸鈦合金棒坯的加熱，有效避免了棒坯在採用天然氣加熱時與氧、氮、碳、鐵等發生化學反應及吸氫，同時也保證了坯料溫度場的均勻性，棒坯出爐時，塗膜完整無變化。本塗料中添加了在軋前溫度下發生相變的元素，同時通過控制棒坯的光潔度、塗層厚度，保證了棒坯在摔鋼平台摔下時，本塗膜可以完全脫落，既可以保護鈦合金不與爐內氣體反應，又保證了軋制工序要求，避免了軋制過程中由於溫度不均導致的變形不均甚至開裂。

（3）在穿孔工序實現了准等溫軋制，較大的穿孔變形保證了組織性能的控制，穿孔的延伸係數達到了4.7, 變形量達到了80%以上，擴徑率可達15%，在整個穿孔變形過程中，既有徑向壓縮，又有橫向延展及縱向延伸，這種複雜變形過程中的金屬流動，有利於管材內部組織的均勻細化，大大提升其力學性能。

「大容量、高安全三元正極材料關鍵製備技術」，在雲南能投匯龍科技股份有限公司、深圳市雄韜電源科技股份有限公司等6家省內外企業實現了推廣應用，三年新增銷售額累計近6億元。該發明顯著提高了低鎳正極材料倍率性能，解決了高鎳材料結構和熱力學穩定性差等問題，實現了連續規模化生產和企業推廣應用。