DE112021005734T5 - Mischprozess zum herstellen von kathodenmaterial mit hohem nickelgehalt und anwendung davon - Google Patents

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Guangdong Brunp Recycling Technology Co Ltd
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Hunan Brunp Recycling Technology Co Ltd
Guangdong Brunp Recycling Technology Co Ltd
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Abstract

Die Erfindung offenbart einen Mischprozess zum Herstellen eines Kathodenmaterials mit hohem Nickelgehalt und dessen Anwendung. Der Mischprozess ist Zugeben eines Vorläufers und einer Lithiumquelle zu einer Mischvorrichtung zum Mischen, um ein gemischtes Material zu erhalten. Nach dem einheitlichen Mischen des Gemischs wird das Gemisch gemischt. Während die Materialvorrichtung weiterhin arbeitet, wird die Flüssigkeit in das Gemisch gesprüht. Nach dem Abschluss des Sprühens der Flüssigkeit wird das Material abgelassen und das erhaltene Gemisch wird zum Sintern in eine Brennkapsel gegeben. Die Flüssigkeit ist destilliertes Wasser, Ethanol, Stickstoffmethylpyrrolidon und eine Additivlösung. Oder eine oder mehrere additive Dispersionen. Der Sprühmischprozess der vorliegenden Erfindung kann das Gemisch einheitlicher machen, und aufgrund des Vorhandenseins einer angemessenen Menge von Nebeltröpfchen ist die Oberfläche der Lithiumquelle leicht in Wasser löslich und kann den Vorläufer adsorbieren, wodurch die Schüttdichte des Gemischs erhöht wird und das Vergussvolumen des Sinterprozesses um 5-40 % erhöht wird, was die Produktionskapazität um 10-30 % erhöht.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die Erfindung betrifft einen Herstellungsprozess eines Kathodenmaterials für eine neue Energie-Lithium-Ionen-Batterie und betrifft insbesondere einen Materialmischprozess zum Herstellen eines Kathodenmaterials mit hohem Nickelgehalt und dessen Anwendung.
  • STAND DER TECHNIK
  • Ternäres Material mit hohem Nickelgehalt (Ni-Gehalt ≥ 50 %) ist heute eines der beliebtesten Lithium-Ionen-Kathodenmaterialien auf dem Markt. Der Schlüssel, um sich vom harten Markt abzuheben, besteht darin, die Materialkosten zu reduzieren und die Effizienz zu verbessern. Der aktuelle herkömmliche Herstellungsprozess für ternäre Materialien mit hohem Nickelgehalt umfasst Schritte zum primären Mischen von Materialien und primäres Calcinieren, danach Entfernen des Restlithiums auf der Oberfläche des primären Calcinierungsprodukts durch einen Auswaschprozess mit Wasser, gefolgt von sekundärem Mischen, sekundärem Beschichten und Calcinieren, um ein Endprodukt zu erhalten. Unter den Schritten ist die Haupteinschränkung der Prozessproduktivität die Menge an Füllmaterialien zur primären Calcinierung. Das übliche Verfahren zur Lösung des Problems besteht darin, die Füllkapazität in einem akzeptablen Bereich auf Grundlage der Materialeigenschaften zu erhöhen oder zu einer Lithiumquelle mit einer größeren Schüttwichte (wie zum Beispiel Li2O, LiOH usw.) zu wechseln.
  • Derzeit wird LiOH H2O oder Li2CO3 oft als Lithiumquelle im primären Mischprozess bei der Herstellung von ternären Materialien mit hohem Nickelgehalt verwendet, aber die Schüttwichte dieser zwei Lithiumquellen beträgt ungefähr 0,4 g/cm3, während eine Schüttwichte eines Vorläufers im Allgemeinen ungefähr 1,4 g/cm3 beträgt. Wenn die zwei gemischt werden, weist das erhaltene primäre Gemisch aufgrund des Vorhandenseins der Lithiumquelle eine kleine Schüttwichte auf, was die tatsächliche Füllkapazität einer Brennkapsel mit festem Volumen (Länge, Breite und Höhe: 330*330* 100 mm) während des primären Calcinierungsprozesses einschränkt. In der verwandten Technik wird ein Verfahren zur Vorbehandlung von ternären Materialien erwähnt. Der Zweck dieses Verfahrens ist die Entfernung des Kristallwassers aus dem Lithiumhydroxid-Monohydrat durch Infrarottrocknen vor dem Mischen, wodurch das Gewicht der Lithiumquelle reduziert wird und die Füllkapazität in einem Calcinierungsprozess verbessert wird, was die Produktivität fördern kann. Aber dieses Verfahren erfordert jedoch zusätzliche Trocknungsvorrichtungen. Es gibt auch eine verwandte Technik, in der ein Verfahren zum Sprühbeschichten einer Additivlösung auf das Kathodenmaterialsubstrat und Steuern der Beschichtungsmenge durch Steuern der Menge der gesprühten Lösung dokumentiert wird. Der Zweck des Sprühprozesses ist es, die Gleichmäßigkeit der Beschichtung anzupassen und die Materialleistungsfähigkeit zu verbessern. Und er wird in einem sekundären Mischprozess verwendet, der die Produktivität nicht wirksam erhöhen kann. In der verwandten Technik ist auch ein Verfahren zum Sprühen eines einzelkristallähnlichen Vorläufers aufgeführt, um die Kapazität eines Einzelkristalls mit hohem Nickelgehalt zu erhöhen. Im Verfahren werden zuerst Additive in den Vorläufer gesprüht, dann eine Calcinierung am Vorläufer bei einer hohen Temperatur von 400-800 °C durchgeführt, gefolgt von Mahlen und Zerkleinern. Schließlich wird er mit einer Lithiumquelle gemischt und dann bei einer hohen Temperatur calciniert, um das Endprodukt zu erhalten. Es ist ersichtlich, dass diese Lösung hauptsächlich darauf abzielt, die Materialleistungsfähigkeit zu verbessern, und im Vergleich zu einem herkömmlichen Prozess sind ein weiterer Mischprozess, ein weiterer Zerkleinerungsprozess und ein weiterer Calcinierungsprozess erforderlich, daher sind die Kosten höher.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung hat das Ziel, mindestens eine der im oben erwähnten Stand der Technik bestehenden Aufgaben zu lösen. Aus diesem Grund schlägt die vorliegende Erfindung einen Materialmischprozess zum Herstellen von Kathodenmaterialien mit hohem Nickelgehalt und dessen Anwendung vor. Der Mischprozess kann die Schüttwichte des Kathodenmaterialgemischs mit hohem Nickelgehalt erhöhen und die Füllkapazität bei einer primären Calcinierung fördern, sodass die Produktionskapazität auf Grundlage des ursprünglichen Prozesses erhöht wird.
  • Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Materialmischprozess zum Herstellen eines Kathodenmaterials mit hohem Nickelgehalt bereitgestellt, der die folgenden Schritte umfasst:
    • S1: Zugeben eines Vorläufers und einer Lithiumquelle zu einer Mischvorrichtung zum Mischen, um ein gemischtes Material zu erhalten;
    • S2: Gleichmäßiges Mischen des gemischten Materials, Sprühen einer Flüssigkeit in das Gemisch, während die Mischvorrichtung in Betrieb ist;
    • S3: Ablassen eines resultierenden Gemischs in eine Brennkapsel, nachdem das Sprühen der Flüssigkeit abgeschlossen ist, und Durchführen von Calcinieren, um ein Produkt zu erhalten.
  • Die Flüssigkeit ist eine oder mehrere aus der Gruppe ausgewählte, die aus destilliertem Wasser, Ethanol, Stickstoffmethylpyrrolidon, einer additiven Lösung und einer additiven Dispersion besteht.
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird das Additiv in Schritt S 1 auch hinzugefügt, um es mit dem Vorläufer und der Lithiumquelle zu mischen.
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung macht der Molanteil des Ni-Elements im Kathodenmaterial mit hohem Nickelgehalt mehr als 50 % des Gesamtmolanteils der Übergangsmetalle aus; das Kathodenmaterial mit hohem Nickelgehalt ist Lithium-Nickel-Cobalt-Manganoxid, Lithium-Nickel-Cobalt-Aluminiumoxid oder Lithium-Nickel-Cobalt-Mangan-Aluminiumoxid.
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die Lithiumquelle eine oder mehrere aus der Gruppe ausgewählte, die aus LiOH·H2O, LiOH, CH3COOLi, Li2O und Li2CO3 besteht.
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist das Additiv ein oder mehrere aus einer Gruppe ausgewählte, die aus einem Übergangsmetalloxid, einem Übergangsmetallsalz, Aluminiumisopropoxid und Butyltitanat besteht; die additive Lösung ist eine Lösung, die durch Auflösen des Additivs in destilliertem Wasser erhalten wird; die additive Dispersionsflüssigkeit wird durch Dispergieren des Additivs in destilliertem Wasser erhalten.
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beträgt das Molverhältnis des Lithiumelements in der Lithiumquelle zum Übergangsmetall im Vorläufer (1-1,08): 1.
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird das Mischen in Schritt S1 20-60 min lang ausgeführt.
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird das Sprühen in Schritt S2 mit einer Geschwindigkeit von 0,1-10 g/s und einem Sprühdruck von 0,1-0,6 MPa ausgeführt.
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beträgt das Gewicht der gesprühten Flüssigkeit in Schritt S2 1 %-15 % des Gewichts des Vorläufers.
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist das Volumen des in die Brennkapsel gefüllten Gemischs 1/3-1 des Brennkapselvolumens und die Schüttwichte des Gemischs beträgt 0,4-1,5 g/cm3.
  • In einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beträgt die Schüttwichte des Gemischs 0,7-1,5 g/cm3.
  • Die Erfindung sieht auch die Anwendung des Materialmischprozesses bei der Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien vor.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist diese zumindest die folgenden vorteilhaften Wirkungen auf:
    • 1. Der Sprühmischprozess der vorliegenden Erfindung erfordert keine neuen großformatigen Vorrichtungen und es muss nur eine einfache Sprühvorrichtung auf Grundlage der ursprünglichen Mischvorrichtungen in der Fertigungsstraße installiert werden, was eine einfache Modifikation mit niedrigen Kosten ist.
    • 2. Im Sprühmischprozess der vorliegenden Erfindung kann eine einheitlichere Mischung erhalten werden, und aufgrund des Vorhandenseins einer angemessenen Menge von vernebelten Tröpfchen ist die Oberfläche der Lithiumquelle leicht löslich und kann den Vorläufer adsorbieren, wodurch die Schüttwichte des Gemischs erhöht wird und danach die Füllkapazität der Calcinierung um 5-40 % erhöht wird, was die Produktionskapazität um 10-30 % erhöht.
    • 3. Nach dem Sprühen können die kleine Menge an Sprühflüssigkeit im Gemisch und das in den Rohmaterialien enthaltene Kristallwasser in der Erwärmungsphase des Calcinierungsprozesses ausgebrannt oder entfernt werden und beeinflussen die physikalischen, chemischen und elektrischen Eigenschaften des Kathodenmaterials nicht.
    • 4. Da ein gemischtes Material im primären Mischprozess bei der Herstellung eines ternären Materials mit hohem Nickelgehalt ein starkes Alkali beinhaltet, versucht das gemischte Material üblicherweise, den Kontakt mit einer Flüssigkeit während des Mischprozesses zu vermeiden, um ein ungleichmäßiges Mischen und Korrosion der Vorrichtungen zu verhindern. Die Erfindung ist ungewöhnlich und sprüht die Flüssigkeit während des Mischens, was nicht nur ermöglicht, dass die Flüssigkeit mit dem Material in Kontakt kommt, um die Schüttwichte zu erhöhen, sondern auch sicherstellt, dass die Materialien einheitlich gemischt werden, ohne ihre Eigenschaften zu beeinflussen. Und das Sprühvolumen ist gering, mit geringen Schäden an der Ausrüstung.
  • Figurenliste
  • Die vorliegende Erfindung wird unten in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen und Ausführungsformen weiter beschrieben, wobei in den Zeichnungen gilt:
    • 1 ist ein REM-Bild des Einmalmischens in Beispiel 1;
    • 2 ist ein REM-Bild des primären Mischens in Vergleichsbeispiel 1;
    • 3 ist ein Zyklusgraph des ternären Kathodenmaterials mit hohem Nickelgehalt von Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER VERANSCHAULICHTEN BEISPIELE
  • Hierin werden nachfolgend das Konzept der vorliegenden Erfindung und die dadurch erzielten technischen Wirkungen anhand der Ausführungsformen klar und vollständig zum vollen Verständnis der Zwecke, Merkmale und Wirkungen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Offensichtlich sind die beschriebenen Ausführungsformen nur ein Teil der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, anstatt alle davon. Ausgehend von den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung fallen weitere Ausführungsformen, die Fachleute ohne schöpferische Arbeit erhalten, in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung.
  • Beispiel 1
  • In dieser Ausführungsform wird ein ternäres Kathodenmaterial mit hohem Nickelgehalt durch den folgenden spezifischen Prozess hergestellt:
    • S1: Mischen eines Ni0,92Co0,04Mn0,04(OH)2-Vorläufers mit LiOH·H2O, wobei das Molverhältnis von Li in LiOH H2O zum Übergangsmetall im Vorläufer 1,04 beträgt; danach Hinzufügen einer angemessenen Menge eines Additivs und Mischen für 30 min;
    • S2: Nach gleichmäßigem Mischen Sprühen von destilliertem Wasser mit konstanter Geschwindigkeit, während die Mischvorrichtung normal weiterläuft. Das Sprühen wird mit einer Geschwindigkeit von 1 g/s und einem Sprühdruck von 0,5 MPa ausgeführt und das Gewicht des gesprühten destillierten Wassers ist 8 % des Gewichts des Vorläufers. Sprühen von destilliertem Wasser bei normalem Mischen. Ablassen eines resultierenden Gemischs nach Abschluss des Sprühens, um ein einheitliches primäres Gemisch zur Herstellung eines ternären Kathodenmaterials mit hohem Nickelgehalt mit hoher Schüttwichte zu erhalten;
    • S3: Rasches Füllen des erhaltenen primären Gemischs in eine Brennkapsel mit einer Länge, Breite und Höhe von 330*330* 100 mm. Das Füllvolumen beträgt 2/3 des Brennkapselvolumens. Nach Anstechen des Gemischs, Schütteln und Vibrieren der Brennkapsel wird das eingefüllte primäre Gemisch zum primären Calcinieren in den Ofen eingebracht, gefolgt von Zerkleinern, Auswaschen mit Wasser, sekundärem Mischen und sekundärem Calcinieren, um schließlich das ternäre Kathodenmaterialpulver mit hohem Nickelgehalt zu erhalten.
  • Beispiel 2
  • In dieser Ausführungsform wird ein ternäres Kathodenmaterial mit hohem Nickelgehalt hergestellt, und der spezifische Prozess lautet folgendermaßen:
    • S1: Mischen eines Ni0,80Co0,10Mn0,10(OH)2-Vorläufers und LiOH·H2O, wobei das Molverhältnis von Li in LiOH·H2O zum Übergangsmetall im Vorläufer 1,03 beträgt, danach Hinzufügen einer angemessenen Menge eines Additivs und Mischen für 20 min;
    • S2: Nach gleichmäßigem Mischen Sprühen von destilliertem Wasser mit konstanter Geschwindigkeit, während die Mischvorrichtung normal weiterläuft. Das Sprühen wird mit einer Geschwindigkeit von 1 g/s bei einem Sprühdruck von 0,3 MPa ausgeführt und das Gewicht des gesprühten destillierten Wassers ist 1 % des Gewichts des Vorläufers. Sprühen von destilliertem Wasser bei normalem Mischen. Ablassen eines resultierenden Gemischs nach Abschluss des Sprühens, um ein einheitliches primäres Gemisch zur Herstellung eines ternären Kathodenmaterials mit hohem Nickelgehalt mit hoher Schüttwichte zu erhalten;
    • S3: Rasches Füllen des erhaltenen primären Gemischs in eine Brennkapsel mit einer Länge, Breite und Höhe von 330*330* 100 mm. Das Füllvolumen beträgt 1/3 des Brennkapselvolumens. Nach Anstechen des Gemischs, Schütteln und Vibrieren der Brennkapsel wird das eingefüllte primäre Gemisch zum primären Calcinieren in den Ofen eingebracht, gefolgt von Zerkleinern, Auswaschen mit Wasser, sekundärem Mischen und sekundärem Calcinieren, um schließlich das ternäre Kathodenmaterialpulver mit hohem Nickelgehalt zu erhalten.
  • Beispiel 3
  • In dieser Ausführungsform wird ein ternäres Kathodenmaterial mit hohem Nickelgehalt durch den folgenden spezifischen Prozess hergestellt:
    • S1: Mischen eines Ni0,70Co0,15Mn0,15(OH)2-Vorläufers mit LiOH·H2O, wobei das Molverhältnis von Li in LiOH H2O zum Übergangsmetall im Vorläufer 1,08 beträgt; danach Hinzufügen einer angemessenen Menge eines Additivs und Mischen für 60 min;
    • S2: Nach gleichmäßigem Mischen Sprühen von destilliertem Wasser mit konstanter Geschwindigkeit, während die Mischvorrichtung normal weiterläuft. Das Sprühen wird mit einer Geschwindigkeit von 10 g/s und einem Sprühdruck von 0,6 MPa ausgeführt und das Gewicht des gesprühten destillierten Wassers ist 10 % des Gewichts des Vorläufers. Sprühen von destilliertem Wasser bei normalem Mischen. Ablassen eines resultierenden Gemischs nach Abschluss des Sprühens, um ein einheitliches primäres Gemisch zur Herstellung eines ternären Kathodenmaterials mit hohem Nickelgehalt mit hoher Schüttwichte zu erhalten;
    • S3: Rasches Füllen des erhaltenen primären Gemischs in eine Brennkapsel mit einer Länge, Breite und Höhe von 330*330* 100 mm. Das Füllvolumen beträgt 2/3 des Brennkapselvolumens. Nach Anstechen des Gemischs, Schütteln und Vibrieren der Brennkapsel wird das eingefüllte primäre Gemisch zum primären Calcinieren in den Ofen eingebracht, gefolgt von Zerkleinern, Auswaschen mit Wasser, sekundärem Mischen und sekundärem Calcinieren, um schließlich das ternäre Kathodenmaterialpulver mit hohem Nickelgehalt zu erhalten.
  • Beispiel 4
  • In dieser Ausführungsform wird ein ternäres Kathodenmaterial mit hohem Nickelgehalt durch den folgenden spezifischen Prozess hergestellt:
    • S1: Mischen eines Ni0,60Co0,20Mn0,20(OH)2- Vorläufers mit Li2CO3, wobei das Molverhältnis von Li in Li2CO3 zum Übergangsmetall im Vorläufer 1,0 beträgt; danach Hinzufügen einer angemessenen Menge eines Additivs und Mischen für 40 min;
    • S2: Nach gleichmäßigem Mischen Sprühen von destilliertem Wasser mit konstanter Geschwindigkeit, während die Mischvorrichtung normal weiterläuft. Das Sprühen wird mit einer Geschwindigkeit von 5 g/s und einem Sprühdruck von 0,5 MPa ausgeführt und das Gewicht des gesprühten destillierten Wassers ist 6 % des Gewichts des Vorläufers. Sprühen von destilliertem Wasser bei normalem Mischen. Ablassen eines resultierenden Gemischs nach Abschluss des Sprühens, um ein einheitliches primäres Gemisch zur Herstellung eines ternären Kathodenmaterials mit hohem Nickelgehalt mit hoher Schüttwichte zu erhalten;
    • S3: Rasches Füllen des erhaltenen primären Gemischs in eine Brennkapsel mit einer Länge, Breite und Höhe von 330*330* 100 mm. Das Füllvolumen beträgt 1/2 des Brennkapselvolumens. Nach Anstechen des Gemischs, Schütteln und Vibrieren der Brennkapsel wird das eingefüllte primäre Gemisch zum primären Calcinieren in den Ofen eingebracht, gefolgt von Zerkleinern, Auswaschen mit Wasser, sekundärem Mischen und sekundärem Calcinieren, um schließlich das ternäre Kathodenmaterialpulver mit hohem Nickelgehalt zu erhalten.
  • Vergleichsbeispiel 1
  • In diesem Vergleichsbeispiel wird ein ternäres Kathodenmaterial mit hohem Nickelgehalt hergestellt. Der Unterschied zu Beispiel 1 ist, dass im Vergleichsbeispiel das Calcinieren direkt ohne Sprühen nach dem Mischen durchgeführt wird. Der spezifische Prozess ist folgendermaßen:
    • S1: Zuerst Mischen eines Ni0,92Co0,04Mn0,04(OH)2-Vorläufers und LiOH·H2O, wobei das Molverhältnis von Li in LiOH H2O zum Übergangsmetall im Vorläufer 1,04 beträgt, Hinzufügen einer angemessenen Menge eines Additivs und Mischen für 30 min. Ablassen eines resultierenden Gemischs, um ein primäres Gemisch zur Herstellung eines ternären Kathodenmaterials mit hohem Nickelgehalt zu erhalten;
    • S2: Rasches Füllen des erhaltenen primären Gemischs in eine Brennkapsel mit einer Länge, Breite und Höhe von 330*330* 100 mm. Das Füllvolumen beträgt 2/3 des Brennkapselvolumens. Nach Anstechen des Gemischs, Schütteln und Vibrieren der Brennkapsel wird das eingefüllte primäre Gemisch zum primären Calcinieren in den Ofen eingebracht, gefolgt von Zerkleinern, Auswaschen mit Wasser, sekundärem Mischen und sekundärem Calcinieren, um schließlich das ternäre Kathodenmaterialpulver mit hohem Nickelgehalt zu erhalten.
  • Prüfbeispiel
  • In diesem Prüfbeispiel, die Leistungsfähigkeit des ternären Kathodenmaterials mit hohem Nickelgehalt, das aus dem Gemisch von Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 hergestellt wurde. Die Eigenschaftsdaten des Zwischenproduktpulvers des Herstellungsprozesses wurden geprüft und die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1 Vergleich von Pulverdaten und elektrochemischen Energiedaten beim Herstellungsverfahren von Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1
    Primäres Gemisch Primäres Calcinierungsprodukt Endprodukt
    Quelle Füllvolumen zu Brennkapselvolumen Schüttwichte g/cm3 LiOH Gew% Li2CO3 Gew% Gesamt-Li+ Gew% Entladekapazität mAh/g Kapazitätsretentionsrate nach 100 Zvklen % Produktivitätsförderung %
    Beispiel 1 2/3 0,82 0,5344 0,3145 0,2140 213,2 93,2 15,6
    Vergleichsbeispiel 1 2/3 0,67 0,5146 0,3036 0,2062 213,6 92,8 0
  • Das oben erwähnte Vergleichsbeispiel 1 ist ein häufig verwendeter Produktionsprozess für ternäre Kathodenmaterialien mit hohem Nickelgehalt auf dem derzeitigen Markt. Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, dass die Schüttwichte des primären Gemischs von Beispiel 1 wesentlich höher als die von Vergleichsbeispiel 1 ist. Nach der Calcinierung weist die Oberfläche des primären Calcinierungsprodukts mit Sprühbehandlung keine wesentliche Erhöhung an Li2CO3 oder der Restlithium-Gesamtmenge auf. Die elektrochemische Leistungsfähigkeit des Endprodukts in Beispiel 1 ist der des Vergleichsbeispiels 1 äquivalent, und die Produktionskapazität ist um 15,6 % erhöht, was anzeigt, dass der Mischprozess der vorliegenden Erfindung die Produktionskapazität fördert, ohne die Materialleistungsfähigkeit zu beeinflussen.
  • 1 ist das REM-Bild des primären Gemischs in Beispiel 1, und 2 ist das REM-Bild des primären Gemischmaterials im Vergleichsbeispiel 1. In einem Vergleich von 1 und 2 ist ersichtlich, dass die Oberflächenviskosität der Lithiumquelle aufgrund des Sprühens der Flüssigkeit erhöht wird, und dann werden feine Vorläuferpartikel absorbiert und bilden Kugeln, was die Schüttwichte des Gemischs wesentlich erhöht.
  • 3 ist der Zyklusleistungsgraph der Endprodukte von Beispiel 1 und von Vergleichsbeispiel 1 (Halbzelle, 2,8-4,25 V, 1 C, 100 Zyklen). Es ist ersichtlich, dass die Zyklusstabilitätstendenzen der zwei im Wesentlichen auf dem gleichen Niveau liegen, was anzeigt, dass die vorliegende Erfindung die Produktionskapazität durch Einsetzen der Sprühbehandlung wesentlich ohne Auswirkungen auf die elektrochemische Leistungsfähigkeit der Materialien fördert.
  • Oben wurden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen ausführlich beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die oben erwähnten Ausführungsformen beschränkt. Im Rahmen des Wissensstandes von Durchschnittsfachleuten können verschiedene Modifikationen vorgenommen werden, ohne vom Zweck der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Vielfalt. Darüber hinaus können die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und die Merkmale in den Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, wenn kein Konflikt besteht.

Claims (10)

  1. Mischprozess zum Herstellen eines Kathodenmaterials mit hohem Nickelgehalt, umfassend die folgenden Schritte: S1: Zugeben eines Vorläufers und einer Lithiumquelle zu einer Mischvorrichtung zum Mischen, um ein gemischtes Material zu erhalten; S2: Gleichmäßiges Mischen des gemischten Materials und danach Sprühen einer Flüssigkeit in das gemischte Material, während die Mischvorrichtung in Betrieb ist; und S3: Ablassen eines resultierenden Gemischs in eine Brennkapsel, nachdem das Sprühen der Flüssigkeit abgeschlossen ist, Calcinieren des resultierenden Gemischs, um ein Produkt zu erhalten; wobei die Flüssigkeit eine oder mehrere aus der Gruppe ausgewählte sind, die aus destilliertem Wasser, Ethanol, Stickstoffmethylpyrrolidon, einer additiven Lösung oder einer additiven Dispersionsflüssigkeit besteht.
  2. Mischprozess nach Anspruch 1, wobei ein Molanteil von Ni im Kathodenmaterial mit hohem Nickelgehalt mehr als 50 % des Übergangsmetall-Gesamtmolanteils ausmacht; wobei das Kathodenmaterial mit hohem Nickelgehalt Lithium-Nickel-Cobalt-Manganoxid, Lithium-Nickel-Cobalt-Aluminiumoxid oder Lithium-Nickel-Cobalt-Mangan-Aluminiumoxid ist.
  3. Mischprozess nach Anspruch 1, wobei die Lithiumquelle eine oder mehrere aus der Gruppe ausgewählte sind, die aus LiOH·H2O, LiOH, CH3COOLi, Li2O und Li2CO3 besteht.
  4. Mischprozess nach Anspruch 1, wobei die additive Lösung eine Lösung ist, die durch Auflösen eines Additivs in destilliertem Wasser hergestellt wird; wobei die additive Dispersionsflüssigkeit durch Dispergieren eines Additivs in destilliertem Wasser hergestellt wird; wobei das Additiv ein oder mehrere aus der Gruppe ausgewählte sind, die aus einem Übergangsmetalloxid, einem Übergangsmetallsalz, Aluminiumisopropoxid und Butyltitanat besteht.
  5. Mischprozess nach Anspruch 1, wobei ein Molverhältnis des Lithiumelements in der Lithiumquelle zu einem Übergangsmetall im Vorläufer (1-1,08):1 beträgt.
  6. Mischprozess nach Anspruch 1, wobei in Schritt S1 ein Additiv hinzugefügt wird, um es mit dem Vorläufer und der Lithiumquelle zu mischen; wobei das Mischen in Schritt S1 20-60 min lang ausgeführt wird.
  7. Mischprozess nach Anspruch 1, wobei das Sprühen in Schritt S2 mit einer Sprühgeschwindigkeit von 0,1-10 g/s und einem Sprühdruck von 0,1-0,6 MPa ausgeführt wird.
  8. Mischprozess nach Anspruch 1, wobei ein Gewicht der gesprühten Flüssigkeit in Schritt S2 1 %-15 % eines Gewichts des Vorläufers beträgt.
  9. Mischprozess nach Anspruch 1, wobei ein Volumen des resultierenden Gemischs in der Brennkapsel in Schritt S3 1/3-1 eines Volumens der Brennkapsel beträgt und eine Schüttwichte des resultierenden Gemischs 0,4-1,5 g/cm3 beträgt.
  10. Anwendung des Mischprozesses nach einem der Ansprüche 1-9 bei Herstellung einer Lithium-Ionen-Batterie.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113178565B (zh) * 2021-03-29 2023-06-16 广东邦普循环科技有限公司 制备高镍正极材料的混料工艺及其应用
CN114843505A (zh) * 2022-06-17 2022-08-02 武汉工程大学 一种延缓镍钴锰酸锂正极材料烧结过程中匣钵腐蚀的方法
CN117038956B (zh) * 2023-10-09 2024-01-23 浙江帕瓦新能源股份有限公司 无钴高镍正极材料及其制备方法、锂离子电池

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100452488C (zh) * 2005-10-28 2009-01-14 比亚迪股份有限公司 三元复合锂离子电池正极材料的制备方法
CN103151512B (zh) * 2013-03-13 2015-06-10 山东海特电子新材料有限公司 锂离子电池三元正极材料的湿法制备工艺
CN103904319B (zh) * 2014-03-04 2015-10-07 广东邦普循环科技有限公司 一种动力型镍钴锰酸锂正极材料的制备方法
CN103928679B (zh) * 2014-03-11 2017-06-20 宁夏东方钽业股份有限公司 一种锂盐和锂离子正极材料前驱体均匀混合的方法
JP7135269B2 (ja) * 2016-03-24 2022-09-13 住友金属鉱山株式会社 非水系電解質二次電池用正極活物質とその製造方法、非水系電解質二次電池用正極合材ペーストおよび非水系電解質二次電池
US11289689B2 (en) * 2017-05-01 2022-03-29 Utbattele, Llc Method of solvent-free manufacturing of composite electrodes incorporating radiation curable binders
CN107895793B (zh) * 2017-10-23 2021-02-02 格林美（无锡）能源材料有限公司 一种钨掺杂硼化物包覆的锂电池正极材料及其制备方法
CN108199037B (zh) * 2017-12-25 2020-07-24 格林美（无锡）能源材料有限公司 一种阴阳离子混合掺杂的镍钴铝酸锂正极材料及其制备方法
CN108258188B (zh) * 2018-01-12 2020-08-18 安徽益佳通电池有限公司 一种锂离子电池电极浆料的干混制备方法
CN111261851B (zh) * 2018-12-03 2021-07-13 北大先行科技产业有限公司 一种锂离子电池三元正极材料及其制备方法
CN112349902A (zh) * 2020-09-27 2021-02-09 江苏合志新能源材料技术有限公司 锂离子电池三元正极材料及其制备方法、正极和锂离子电池
CN113178565B (zh) * 2021-03-29 2023-06-16 广东邦普循环科技有限公司 制备高镍正极材料的混料工艺及其应用

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