三元正极材料TR-202
锂离子电池三元正极材料(全面)
1997年, Padhi等人最早提出了LiFePO4的制 备以及性能研究 。LiFePO4具备橄榄石晶体结构, 理论容量为170 mAh／g, 有相 对于锂金属负极的稳 定放电平台, 虽然大电流充放电存在一定的 缺陷, 但 由于该材料具有理论比能量高、电压高、环境友好、 成本低廉以及良好的热稳定性等显著优点, 是近期研究的重点替 代材料之一。目前, 人们主要采点用击高添温加固标相题法制备LiFePO4 粉体, 除此之外, 还有溶胶-凝胶法、水热法等软化学方法, 这些方法都 能得到颗粒细、纯度高的LiFePO4材料。
三价锰氧化物LiMnO2是近年来新发展起来的一种锂离子电池 正极材料, 具有价格低, 比容量高(理论比容量286 mAh／g, 实 际比 容量已达到200mAh／g以上) 的优势。LiMnO2存在多种结构形式, 其中单斜晶系的LiMnO2和正方晶系LiMnO2具有层状材料的结构 特征, 并具有比较优良的电化学性能。对于层状结构 的LiMnO2而 言, 理想的层状化合物的电化学行点为击要添比加中标间题型的材料好得多, 因 此, 如何制备 稳定的LiMnO2, 层状结构, 并使之具有上千次的循 环 寿命, 而不转向尖晶石结构是急需解决的问题。
(1)可以在LiNiO2正极材料 掺杂Co、Mn、Ca、F、Al等 元素, 制成复合氧化物正极 材料以增强其稳定性, 提高充 放电容量和循环寿命。
(2) 还可以在LiNiO2材料中掺杂P2O5 ； 点击添加标题
(3) 加入过量的锂, 制备高含锂的锂镍氧化物。
锰酸锂具有安全性好、耐过充性好、锰资源丰富、价格低廉及 无毒性等优点, 是最有发展前途的一 种正极材料。锰酸锂主要有尖晶 石型LiMnO4和层状的LiMnO2两种类型。尖晶石型 L iMnO4具有安 全性好、易合成等优点, 是目前研究较多的锂离子正极材料之一。但 LiMn2O4存在John—Teller效应, 在充放电过程 中易发生结构畸变, 造成容量迅速衰减, 特别是在较点高击温添度加的标使题用条件下, 容量衰减更加突 出。三价锰氧化物LiMnO2 是近年来新发展起来的一种锂离子电池正 极材料, 具有价格低, 比容量高(理论比容量286mAh／g, 实际比容量 已 达到200mAh／g以上) 的优势。
三元材料
三元材料简介常规的电池正极材料是钴酸锂LiCoO2，三元材料则是镍钴锰酸锂Li （NiCoMn）O2，三元复合正极材料前驱体产品，是以镍盐、钴盐、锰盐为原料,里面镍钴锰的比例可以根据实际需要调整，三元材料做正极的电池相对于钴酸锂电池安全性高，但是平台太低，用在手机上（手机截止电压一般在3.4V左右）会有明显的容量不足的感觉，目前在一些山寨手机上已经有在用三元材料的电池了，特别是容量比较高的电池。
磷酸铁锂容量发挥偏低，不适合目前追求高热量手机电池的要求.适用的范围为：动力电池，小型电型产品特点：成本低廉,高克容量（>150mAh/g),工作电压与现有电解液匹配(4.1V),安全性好,平台相对钴酸锂，锰酸锂较低，但考虑到其压实，克容量等综合性能，其应用前景很好。
现在常见的镍钴锰比列为 424 333 523 701515 1C克容量以河南思维提供的样品测试分别为 145 147 155 165 车间使用压实为 3, 4 3.5 3.3 3.2 三元在国内使用在手机电上最大的障碍是所谓的放电平台，老观点认为4.2V放到3.6V的时间就是手机工作的时间，事实上现在很多手机都是3.3甚至3.0V才关机。
日韩没平台一说与钴酸锂相比，三元的能量密度有待提高，日本提到了与钴酸锂差不多的程度，也就是日本三元的压实接近钴酸锂，国内的还有所差距。
如果压实提上来，凭成本优势与安全性，三元会取代钴酸锂。
三元材料高效微波干燥技术三元材料的干燥技术目前以日本最为先进，其采用的是回转窑设备，但是其有金属污染，产品品质受影响，而采用微波干燥技术更优于回转窑技术，完全避免了金属污染，并且有干燥速度快，几分钟就可完成干燥处理，干燥均匀，品质好，干燥温度低，能耗降低等优点。
设备占地面积小，用电环保！国内主要厂商深圳天骄科技：天骄科技成立于2004年，是国内最早掌握三元材料核心技术的厂商（自己生产前躯体），现已发展成为国内锂电池材料实力领先的综合供应商：2010年产销三元材料2200吨（产能3000吨），锰酸锂550吨，电解液220吨（2010年7月投产，产能6000吨），并取得钛酸锂的行业标准制定权。
三元正极材料简介
车等领域，市场需求旺盛。
发展趋势
技术创新
随着电动汽车市场的快速发展， 三元正极材料技术不断创新，性 能不断提升，成本不断降低。
环保趋势
随着环保意识的提高，三元正极 材料生产过程中的环保要求越来 越高，企业需要加强环保投入。
产业链整合
三元正极材料产业链较长，涉及 矿产、化学品、电池等多个领域 ，企业需要加强产业链整合，提 高竞争力。
电压平台
三元正极材料具有较高的电压 平台，有助于提高电池的能量
密度。
物理性能
晶体结构
三元正极材料具有稳定的晶体结构，能够提 高材料的机械性能和热稳定性。
密度
高密度三元正极材料能够减小电池体积，提 高能量密度。
颗粒形貌
颗粒形状和大小可控，有助于提高电极的制 备工艺和电化学性能。
硬度
适当的硬度有助于提高电极的加工性能和循 环寿命。
应用
广泛应用于电动汽车、混合动力汽车、电动自行车、智能手机、平板电脑等领域。
02
三元正极材料的性能
电化学性能
高能量密度
三元正极材料具有较高的能量 密度，能够提供更长的电动汽
车续航里程。
循环寿命
经过多次充放电循环，三元正 极材料的性能衰减较低，保证 了电池的长寿命。
倍率性能
三元正极材料具有良好的倍率 性能，允许电池在大电流下快 速充电和放电。
提高其电化学性能。
成本控制的挑战与解决方案
要点一
挑战
要点二
解决方案
三元正极材料成本较高，包括材料成本、生产成本、回收 成本等，这限制了其在电动汽车等大规模应用领域的发展 。
通过降低原材料成本、提高生产效率、开发低成本回收技 术等方法，可以降低三元正极材料的成本。例如，采用价 格较低的镍、钴、锰等替代材料，开发新型的合成方法， 提高生产效率，同时开发有效的回收技术，实现三元正极 材料的循环利用，降低其生命周期成本。
2024年高镍三元正极市场发展现状
高镍三元正极市场发展现状引言在电动汽车等领域的快速发展背景下，高镍三元锂离子电池作为一种重要的能源储存技术，在电池领域备受关注。
正极材料是决定电池性能的关键因素之一，高镍三元正极材料以其高能量密度、高比能量、低自放电率等特点而备受瞩目。
本文将分析当前高镍三元正极市场的发展现状，探讨其面临的挑战和未来的发展前景。
市场规模和增长趋势高镍三元正极市场的规模正在逐渐扩大，其主要受益于电动汽车市场的快速增长。
据统计数据显示，电动汽车销量从2013年的31.7万辆增长到2019年的约226.1万辆，年均复合增长率达到了48.8%。
高镍三元正极材料作为电动汽车电池的重要组成部分，其需求呈现出快速增长的趋势。
主要厂商和产品目前，全球高镍三元正极市场上的主要厂商包括宁德时代、比亚迪、LG化学等。
这些厂商在技术研发、生产能力和市场份额等方面具有一定优势。
宁德时代作为全球最大的动力电池制造商之一，其生产的高镍三元正极材料在市场上具有较大份额。
比亚迪、LG化学等公司也正在不断加大对高镍三元正极材料的研发和生产投入，以满足市场需求。
技术进展和创新高镍三元正极材料的技术进展是推动市场发展的重要因素之一。
近年来，随着科技的不断进步，高镍三元正极材料的电池性能得到了显著提升。
新型结构设计、材料改良和工艺优化等创新技术在提高电池能量密度、延长电池寿命和提高安全性等方面取得了显著成果。
同时，一些新材料的引入也为高镍三元正极市场带来了更多可能性。
挑战和机遇高镍三元正极市场虽然发展迅速，但仍面临着一些挑战。
首先是材料成本的问题，高镍三元正极材料相对于其他材料来说成本较高，如何降低成本仍然是一个亟待解决的问题。
其次是相关技术的限制，目前高镍三元正极材料存在一些问题，如循环寿命较短、温度敏感等，需要进一步研发解决。
然而，面对这些挑战，高镍三元正极市场依然充满着巨大的机遇。
随着科技的迅猛发展，高镍三元正极材料有望在性能和成本方面实现进一步突破，从而推动市场的快速发展。
三元正极材料高电压下氧气释放原因
三元正极材料是一种用于锂离子电池的正极材料，常见的主要成分为锂镍钴锰氧化物（LiNiCoMnO2，简称NCM）。
在高电压下，三元正极材料可能会发生氧气释放的现象，这主要与材料的电化学性质有关。
高电压下氧气释放的主要原因包括：
1.氧气的氧化态变化：在高电压下，锂离子电池中的三元正极材料可能会发生氧化反应，
导致材料中的氧气原子从氧化态-2转变为0态的氧气分子（O2）。
2.电解液分解：高电压条件下，电解液中的部分成分可能会分解，产生氧气气体。
这可
能与电解液中的溶剂和盐的特性有关。
3.氧化物还原反应：正极材料在充放电过程中会发生氧化和还原反应。
在高电压下，氧
化物还原反应可能更加明显，导致氧气释放。
这种氧气释放的现象会导致电池的安全性和稳定性问题，因为氧气在高浓度下可能与电池中的其他部分反应，产生热量或引发火灾。
为了降低这种风险，研究和开发锂离子电池材料时需要考虑高电压条件下的材料稳定性，并采取相应的安全措施。
三元正极材料简介介绍
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目录
• 三元正极材料概述 • 三元正极材料的特性与优势 • 三元正极材料的生产与制备技术 • 三元正极材料的挑战与研究前沿 • 三元正极材料在电池产业中的应用实例 • 总结与展望
01
三元正极材料概述
定义与组成
定义
三元正极材料是指由三种元素组成的锂离子电池正极材料。通常，这三种元素 包括镍（Ni）、钴（Co）和锰（Mn），简称为NCM。
04
三元正极材料的挑战与研究前 沿
热稳定性挑战
热失控现象
三元正极材料在高温甚至正常工 作温度下可能发生热失控现象， 导致电池性能下降甚至安全隐患
。
晶体结构稳定性
材料晶体结构的稳定性与热稳定性 密切相关，如何优化晶体结构以提 高热稳定性是一个重要研究方向。
热隔离与散热设计
针对三元正极材料的热稳定性挑战 ，电池系统的热隔离与散热设计成 为关键，以防止过热引发安全问题 。
组成
三元正极材料的组成可以根据需要进行调整，以获得不同的性能。通常，通过 调整镍、钴、锰的比例，可以实现对电池容量、能量密度、循环寿命等性能的 优化。
发展历程
01
早期阶段
在锂离子电池发展的早期阶段，主要采用的是单一的钴酸锂作为正极材
料。然而，钴资源稀缺且价格昂贵，促使人们寻求替代材料。
02 03
三元材料的兴起
三元正极材料具有高能量密度和 长寿命，适用于大型储能电站， 可实现电网调峰、调频等功能。
高效能量转换
三元正极材料具有优异的充放电 性能，提高储能电站的能量转换
效率。
环保可持续
三元正极材料生产过程中污染较 小，且废弃电池可回收再利用，
有利于环保和可持续发展。
2023年三元正极材料行业市场分析现状
2023年三元正极材料行业市场分析现状三元正极材料是一种重要的电池材料，被广泛应用于锂离子电池中。
锂离子电池作为一种高效、环保、可再生能源，已经成为电动汽车、便携式设备等领域的主要能源来源。
在三元正极材料市场上，主要以钴锂酸锰、钴锂酸镍锰、钴锂酸镍等材料为主。
本文将从市场规模、竞争格局和发展趋势等方面分析三元正极材料行业的现状。
首先，三元正极材料市场规模不断扩大。
随着电动汽车和便携式设备市场的快速发展，锂离子电池市场需求持续增长，三元正极材料的市场规模也在逐步扩大。
根据市场研究机构的数据显示，2019年全球三元正极材料市场规模达到了60亿美元，预计到2025年将达到200亿美元以上。
其次，三元正极材料行业竞争格局复杂。
目前，三元正极材料市场主要由亚洲企业主导，中国、韩国和日本的企业在市场份额上占据主导地位。
其中，中国企业凭借其庞大的产能、低成本优势和政府支持，成为全球三元正极材料行业的重要力量。
而韩国企业则以技术创新和产品质量为优势，赢得了一定的市场份额。
再次，三元正极材料行业发展趋势明显。
随着锂离子电池技术的不断成熟和市场需求的增长，三元正极材料市场将继续保持良好的发展势头。
同时，环保和可持续发展也成为行业发展的重要驱动力。
越来越多的企业开始关注材料的可再生性和环境友好性，积极研发新型三元正极材料，以减少对有限资源的依赖和降低对环境的影响。
此外，三元正极材料行业面临一些挑战。
首先是原材料的供应风险。
目前，三元正极材料的主要原材料是钴、镍和锰，但这些原材料价格波动较大，供应不稳定。
此外，钴和镍等金属的开采和提炼过程也存在一定的环境问题，需要加强环境治理。
其次是技术创新的挑战。
随着市场竞争的加剧，企业需要不断提升技术水平，研发出更高性能和更经济的三元正极材料，以满足市场需求。
综上所述，三元正极材料行业市场规模不断扩大，竞争格局复杂，发展趋势明显。
尽管面临一些挑战，但随着技术创新和市场需求的不断增长，三元正极材料行业有望迎来更加广阔的发展前景。
三元正极材料
三元正极材料
三元正极材料是指由镍、钴、锰等多种金属氧化物组成的材料，是锂离子电池
中重要的正极材料之一。
三元正极材料因其高能量密度、长循环寿命和较高的安全性能而备受关注，被广泛应用于电动汽车、储能系统等领域。
本文将对三元正极材料的特性、制备方法以及应用前景进行介绍。
首先，三元正极材料具有高的比容量和较高的工作电压，能够实现更高的能量
密度。
镍、钴、锰等元素在正极材料中的比例和结晶结构对材料的性能有着重要影响。
合理设计和调控三元正极材料的结构，能够提高其电化学性能，延长电池的循环寿命。
其次，三元正极材料的制备方法多样，包括固相法、溶胶-凝胶法、共沉淀法等。
不同的制备方法对材料的结构和性能有着不同的影响。
例如，溶胶-凝胶法可
以制备出颗粒均匀、结晶度高的材料，而共沉淀法则能够实现大规模生产。
制备工艺的优化和改进，是提高三元正极材料性能的关键。
最后，三元正极材料在电动汽车、储能系统等领域有着广阔的应用前景。
随着
新能源汽车市场的快速发展，对电池性能的要求也越来越高。
三元正极材料作为锂离子电池的重要组成部分，其性能的提升将直接影响电池的能量密度、安全性和循环寿命，因此备受关注。
综上所述，三元正极材料具有高能量密度、长循环寿命和较高的安全性能，是
锂离子电池中重要的正极材料之一。
通过合理设计和调控材料结构，优化制备工艺，三元正极材料的性能将得到进一步提升，为新能源汽车和储能系统的发展提供更好的支持。
三元正极材料的研究和应用前景广阔，将在未来发展中发挥重要作用。
镍钴锰三元正极材料的原料
镍钴锰三元正极材料的原料首先，镍是合成镍钴锰三元正极材料的重要原料之一、镍可以从镍矿石中提取，常见的镍矿石包括镍磁铁矿、镍铜矿和镍钴矿。
提取镍的主要过程包括矿石的破碎、磁选、浮选、烧结和电解等步骤。
通过这些过程可以获得纯度较高的镍原料，用于合成镍钴锰三元正极材料。
钴是另一个重要的原料，它可以通过不同的方式获得。
一种常见的方法是从钴矿石中提取。
主要的钴矿石有赤铁矿、辉钴矿和方钴矿等。
提取钴的过程类似于提取镍的过程，包括矿石的破碎、磁选、浮选、烧结和电解等步骤。
通过这些过程可以获得纯度较高的钴原料，用于合成镍钴锰三元正极材料。
锰也是合成镍钴锰三元正极材料的重要原料之一、与镍和钴不同，锰可以从多种原料中获得。
一种常见的方法是从合成氧化锰矿中提取。
合成氧化锰矿主要是由氧化锰、氧化钠和氧化铝等混合物矿石组成。
提取锰的过程包括矿石的破碎、浸出、沉淀、过滤、干燥和焙烧等步骤。
通过这些过程可以获得高纯度的锰原料，用于合成镍钴锰三元正极材料。
除了镍、钴和锰之外，合成镍钴锰三元正极材料还需要其他辅助原料。
例如，锂是电池正极材料的重要组成部分，因此需要添加锂盐，如氢氧化锂或硫酸锂等。
此外，还需要添加一些导电剂和粘结剂，以提高材料的导电性和结构稳定性。
总的来说，镍钴锰三元正极材料的原料包括镍、钴、锰以及一些辅助原料，如锂盐、导电剂和粘结剂等。
这些原料通过不同的提取或合成方法获得，并经过一系列的物理和化学处理，最终得到用于制备锂离子电池的镍钴锰三元正极材料。
三元正极材料成本结构
三元正极材料成本结构三元正极材料是锂离子电池中的关键部分，其成本结构影响着整个电池的制造成本和市场价格。
本文将从三个方面探讨三元正极材料的成本结构。
一、原材料成本三元正极材料的主要成分是锂、镍、钴和锰。
其中，钴是三元材料中价格昂贵的一种元素，其市场价格波动较大。
钴的供应受到国际政治和经济形势的影响，因此钴的价格波动也非常大。
此外，锰和镍的价格也会对三元正极材料的成本产生影响。
因此，原材料成本是三元正极材料成本结构中的重要因素。
二、生产工艺成本三元正极材料的生产过程包括原料处理、混合、球磨、干燥、成型和烧结等多个环节。
每个环节都需要投入一定的人力、物力和设备，这些都会增加生产成本。
此外，生产过程中还需要控制工艺参数，以确保产品的质量稳定性和一致性。
因此，生产工艺成本也是三元正极材料成本的重要组成部分。
三、环境与安全成本三元正极材料的生产过程会产生废水、废气和固体废弃物等污染物。
为了符合环保要求，生产企业需要投入一定的成本用于废水处理、废气处理和固废处理等环保设施的建设和运营。
此外，三元材料中的钴、镍等金属元素可能对环境和人体健康造成一定的风险，因此需要采取相关的安全措施和投入相应的成本。
环境与安全成本是企业必须承担的一项重要责任，也是三元正极材料成本结构中不可忽视的一部分。
三元正极材料的成本结构主要包括原材料成本、生产工艺成本和环境与安全成本。
原材料成本受到锂、镍、钴和锰等元素价格的影响；生产工艺成本受到生产过程中的人力、物力和设备投入的影响；环境与安全成本受到废水处理、废气处理、固废处理和安全措施等因素的影响。
通过合理控制成本结构，企业可以降低三元正极材料的制造成本，提高产品竞争力，促进锂离子电池产业的健康发展。
三元正极材料事故
三元正极材料事故三元正极材料事故是指在电池生产及使用过程中，三元正极材料发生事故，导致电池失效、爆炸或发生火灾等情况。
三元正极材料是一种重要的锂离子电池材料，由锂镍钴锰酸盐（LiNiCoMnO2）组成。
它具有高能量密度、高容量和较长的循环寿命，因此被广泛应用于电动汽车、移动电子设备和储能系统等领域。
然而，三元正极材料事故的发生仍然是一个严重的问题。
首先，三元正极材料的材料结构不稳定，容易发生晶体结构的物理变化和化学反应。
当电池受到外界冲击或过热时，三元正极材料可能会发生失稳，导致电池内部产生气体或膨胀，并最终引发爆炸。
其次，三元正极材料在充放电过程中会产生较高的温度和压力。
如果电池设计或制造不当，可能会导致容器损坏或热量无法及时散发，从而使电池过热，增加发生事故的风险。
在过去几年中，全球范围内发生了多起与三元正极材料有关的事故。
其中最为著名的事件之一就是三星Note 7手机爆炸事件。
此次事故是由三元正极材料的机械破裂和氧化反应导致的。
由于三星Note 7手机的电池设计缺陷，导致电池在充电和使用过程中过热，最终发生爆炸和火灾。
三元正极材料事故对人们的生命安全和财产造成了严重威胁。
爆炸和火灾可能会导致人员伤亡，同时也会给环境带来污染和破坏。
此外，事故还会对相关产业和公司造成巨大的经济损失和声誉损害。
因此，解决三元正极材料事故对于电池产业的发展至关重要。
为了预防和减少三元正极材料事故的发生，有几个关键的措施是必要的。
首先，电池设计和制造过程中应当严格遵循安全规范和标准。
需要对材料的物理、化学性质进行充分的研究和测试，确保材料的稳定性和安全性。
其次，电池的充放电过程需要进行有效的监测和控制。
通过在电池内部安装温度和压力传感器，可以及时获得电池的状态信息，并采取相应的措施防止事故的发生。
此外，电池的冷却和散热系统也需要得到足够的重视。
制造商应确保电池容器和散热系统的设计能够有效地将热量散发出去，从而降低电池过热的风险。
三元正极材料制备及其改性研究进展
ＳＨＡＮＤＯＮＧ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＩＮＤＵＳＴＲＹ ２０２０ 年第 ４９ 卷
４４
三元正极材料制备及其改性研究进展
郭家瑞ꎬ泮思赟ꎬ桂培培ꎬ童林聪ꎬ叶沁辉ꎬ陆潇晓 ∗
( 杭州电子科技大学 材料与环境工程学院ꎬ浙江 杭州 ３１００１８)
随着新能源汽车领域的飞速发展ꎬ高安全性、高比容量且
稳定的电极材料的研发逐渐成为一大热点ꎮ 在已有的正极材
料中ꎬ三元材料凭借其高能量密度、低成本及环境友好等特点
而 受 到 广 泛 关 注 [１] ꎮ 而 在 三 元 材 料 中ꎬ 最 常 见 的 便 是
ＬｉＮｉ ｘ Ｃｏ ｙ Ｍｎ ｚ Ｏ２ 系材料ꎬ通过调整过渡金属元素间的比例ꎬ可以
进行了展望ꎮ
关键词:三元正极材料ꎻ锂电池ꎻ改性ꎻ镍钴锰
中图分类号:ＴＭ９１２ 文献标识码:Ａ 文章编号:１００８ － ０２１Ｘ(２０２０)０１ － ００４４ － ０２
Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｅｒｎａｒｙ Ａｎｏｄｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ
互配合使得三元材料在成本、比容量等参数上表现良好比较优
势ꎬ但其在高压安全性与热稳性方面仍存在问题ꎬ在一定的程
度上限制了其应用的范围ꎮ 目前ꎬ解决上述问题的方法主要为
材料制备工艺改进、掺杂改性、包覆共混改性等ꎮ
１ 制备工艺
目前ꎬ镍钴锰三元正极材料的主要制备方法有高温固相、
ｃｔ:Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒａｐｉｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｎｅｗ ｅｎｅｒｇｙ ｓｏｕｒｃｅｓꎬｔｈｅ １３ｔｈ ｆｉｖｅ － ｙｅａｒ ｐｌａｎ ｈａｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ａｎ ｕｒｇｅｎｔ ｄｅｍａｎｄ ｆｏｒ
ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｗｉｔｈ ａ ｈｉｇｈｅｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ. Ｒｅｃｅｎｔｌｙꎬｔｅｒｎａｒｙ ａｎｏｄｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｈａｓ ｂｅｃｏｍｅ ａ ｈｏｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｔｏｐｉｃꎬｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｉｔｓ ｌｏｗ
一种高性能锂离子电池三元正极材料及其制备方法[发明专利]
![一种高性能锂离子电池三元正极材料及其制备方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/788b42e72dc58bd63186bceb19e8b8f67d1cef54.png)
专利名称：一种高性能锂离子电池三元正极材料及其制备方法专利类型：发明专利
发明人：卢文,孙勇疆,张双鹏
申请号：CN201910938519.7
申请日：20190930
公开号：CN110581272B
公开日：
20220510
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种高性能三元锂离子电池正极材料，由表面包覆偏铝酸锂的镍钴锰酸锂制备而成，包括氢氧化镍钴锰前驱体的制备、表面包覆氢氧化铝的氢氧化镍钴锰前驱体的制备和表面包覆偏铝酸锂的镍钴锰酸锂三元正极材料的制备步骤。
本发明基于锂离子电池的三元正极材料，表面偏铝酸锂包覆层均匀、致密，很好地抑制电解液对基体三元正极材料的腐蚀以及副反应的发生，提高了三元正极材料的结构稳定性，进而提高材料的循环寿命及安全性能。
本发明及其制备工艺过程简单、易操作、成本低、且不涉及有机溶剂或试剂，即可原位形成均匀偏铝酸锂包覆层，不需要后续处理。
本发明绿色环保、适合于工业化生产，是一种具有产业化前景的高性能锂离子电池新技术。
申请人：昆明云大新能源有限公司
地址：650217 云南省昆明市经济技术开发区信息产业基地春漫大道80号云南海归创业园8幢国籍：CN
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三元正极材料TR-202
三元正极材料TR-202（NCM523）
本公司成功自主研发了TR-202容量型锂电池专用正极材料。
该产品已成功推向市场，目前已有大部分电池生产厂家开始使用。
为高容量电池生产商和混合型电池生产商提供了优秀的正极材料。
解决了原有三元材料无法满足高容量的要求，对电池行业来说有了新的突破。
同时，该材料还具备较好的循环性能。
一、化学成分及物理性能元素
标准要求(wt%)
测量值(wt%)
测量方法或设备
参见标准
Ni
56.7-62.7max 61.15
ICP
JY/T O15-19969 Mn
ICP
Co
ICP
Ca
0.03max
0.025 ICP
Na
0.01max 0.0093 ICP
SO4 0.05max 0.042
化学法
PH
9.5-12
10.8
PHS-25 GB/T 1717 含水量
0.05max 0.038
重量法
检测项目
标准要求
测量值
测量方法或设备
参见标准
振实密度TD(g/cm3)
2.0-2.5
2.33
PF-100B智能振实密度仪GB/T 5162
比表面积BET(m2/g)
0.6-1.5
0.75
Pioneer2002
GB/T 13390
粒径
D50(um)
5-12
8.02
BT-9300H激光粒度分析仪
GB/T 19077.1-2003
D10(um)
1-5
3.35
D90(um)
12-25
12.33
1、外观：黑色粉末(图1)
2、X射线衍射：对照JCDS标准（16-427），无杂相存在(图
2)
3.粒度分布图(图3)
二、电性能
经过大部分容量型电池生产厂家的认可，该材料的加工性能好，不易吸水，加工过程使用放心，面密度(双面)可涂到400g/㎡，同时为了提高容量发挥性能，使用导电剂时比正常的要少（3.5%↓）。
为了不脱粉，PVDF的用量控制在3%以下(高分子60W以上的用量在3%以下),下面是我司制作材料检测电池和电池生产商所提供的数据:
1、容量型电池
制作电池18650-2200mAh型号的电池，常温25±2℃况情下进行循环，以0.5C充/4.2V ；1C放/2.75V的情况下循环, 175次循环,容量保持率98.1%。
2.常温放电图
3. 常温25±2℃况情下进行循环,以0.5C充/
4.2V ；1C放/2.75V的情况下循环, 260次循环,容量保持率91.3%。
一、配料前的准备
1、PVDF提前6小时溶解，溶解温度不超过60℃ (指难溶的PVDF，如6020型)，溶解状透明无色，PVDF开封时间过长，需在80℃真空下干燥4-6小时。
2、导电剂在配料时需要在150℃温度下烘烤在12小时后方可使用。
3、开封后未用完的TR202材料在第二次使用时需要在150℃（普通干燥烘箱）温度下干燥12小时，如在150℃真空下烘烤5－8小时便可以使用。
4、在高温烘烤过的材料，需等温度降至80℃以下方可使用。
二、推荐配方
配比1（压实在3.4-3.6 g/㎡<铝箔、面密:48-52 g/㎡>
的配比）三元材料
PVDF（苏威）
SP（汇普）
NMP（南京金龙）
真空搅拌时NMP控制在30%-40%
93.5％
3％
3.5％
60％
(对于容量要求高的, 建议使用此配比, 使用的PVDF为
6020<分子量大概在60—70万之间>首次1C放电容量≥150 mAh/g)
三、配料过程
1、NMP＋PVDF进行溶解，溶解后透明无色。
2、溶液＋SP进行混合，搅拌时间控制在0.5-1小时。
3、（溶液＋SP）＋（TR202材料）进行搅拌，搅拌时间根
据搅拌机的速度来定，（一般情况下搅拌时间控制在3-4小时）
4、过滤。
四、正负极涂料比例
1、正极的涂料密度控制在380±8g/㎡
2、负极的涂料密度控制在200±5g/㎡
五、常见问题实例
1、容量偏低
可能原因：PVDF的用量过多，极片粘得过死,会导致容量偏低,循环变差,压实下降等。
解决办法：建议①固定导电剂的量，适当降低PVDF 的用量；②固定PVDF的用量，适当提高导电剂的用量；③
水分含量偏高；解决办法：延长极片和电芯的烘烤时间。
2、脱粉
可能原因：PVDF的用量过低或者PVDF的分子量偏低；
解决办法：①适当调高PVDF的用量；②导电剂用量偏高；解决办法：适当降低导电剂的用量；
3、压实密度偏低
可能原因：PVDF和SP用量偏高；
解决办法：在极片不掉粉的情况下，适当降低PVDF和SP 的用量；
4、平台低：对平台要求较高的可配相应的高端负极，因此可提升相应的平台。
要点:
1、PVDF和SP加入量的多少，对电池性能都有不同程度的影响，特别是当PVDF的用量过高时，对电池性能的影响相当明显，压实和容量明显降低了不少；
2、在使用本材料时建议使用我公司推荐的配比；
3、如果使用后达不到预期效果的，则可根据所用PVDF的分子量大小，对PVDF的用量进行适当的调整，建议控制在2.5-3%左右；SP的用量控制在2.5%-3.5%；
4、导电剂的使用总量(SP)在一般情况下不宜过多，建议控制在2.5-3.5%左右；当大于3.5%时极片易出现掉粉、压实低等现象；
5、TR202材料加工性能好，经本公司实验测试，当材料在相对湿度90%左右的环境中放置了48h后进行配料，无粘团、无果冻（对容量有一定影响，建议在使用前要进行烘烤）。