[發明專利]一種鋰電池正極材料制備過程中鋰金屬比的優化方法

在審

• 申請號: 202011464513.X
• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112573591A
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 孫超;劉向悅;唐娜;程亞楠;高嫚
• 申請（專利權）人: 天津巴莫科技有限責任公司
• 主分類號: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00;C01G51/00;H01M4/485;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 天津才智專利商標代理有限公司 12108
• 代理人: 王顕

本發明公開了一種鋰電池正極材料制備過程中鋰金屬比的優化方法，通過對不同工藝參數(物料層厚度，排風量，溫度)下得到的物料通過鋰金屬比測試結果，利用線性代數思想，通過抽象，簡化，假設，引進變量等方法構建反應過程中的修正模型，并使用數學方法對其求解，揭示鋰金屬比的數值與物料層厚度，排風量，溫度等實驗參數存在的內在聯系；進一步利用該修正模型指導影響鋰金屬比含量的工藝實驗。這種實驗表征與數值模擬相結合探究制備鋰電池正極材料過程中影響鋰金屬比含量的工藝參數的方法，可以為實驗初期設計前驅體與氫氧化鋰或碳酸鋰數值比例時，以及實驗過程中設定相應參數時提供理論指導和技術支持，減少實驗嘗試次數，提高科研效率。

技術領域

本發明涉及新能源鋰離子電池正極材料制備，具體涉及一種鋰電池正極材料制備過程中鋰金屬比的優化方法。

背景技術

隨著能源危機和環境污染問題日益突出，開發可持續發展的新能源，建設低碳社會成為當務之急。鋰離子電池既保持了高電壓，高容量的主要優點，又具有循環壽命長，安全性能好的顯著特點，在便攜式電子設備、電動汽車、空間技術、國防工業等方面展示了廣闊的應用前景和潛在的巨大經濟效益，迅速成為近年來關注的研究熱點。

鋰離子電池正極材料為二次鋰離子電池的重要組成部分，而高溫固相法是鋰離子電池正極材料制備過程的常用方法。在材料的制備過程中，鋰鹽分解形成的氧化物Li₂0，與過渡金屬氧化物(ex：XO)，在加熱之后發生如下反應：

0.5Li₂O+XO+0.25O₂→LiXO₂

根據方程式看，鋰金屬比即Li與M的摩爾比，即Li/X＝1。而根據實際的生產過程中,考慮前驅體以及鋰鹽水分和雜質含量，以及反應過程中前驅體的氧化，鋰鹽揮發，并且而為了充分保證鋰的發揮，鋰金屬比的配比都大于1。而影響最終鋰金屬比結果的因素除去原料本身存在的問題外，高溫固相法反應過程中的一些因素也會影響反應最終的鋰金屬比的含量。例如：物料層厚度越大，內部物料的升溫就會越慢，氧氣的進入與廢氣的排出速度也會減慢，進而會影響材料的粒度大小和分布、比表、殘余堿等指標，影響材料最終的電化學性能。

高的鋰金屬比會導致三元材料的游離鋰升高，會使材料的pH值升高，使粉體材料更容易受潮吸水，強堿性的材料也容易使粘結劑PVDF出現團聚現象，使電池漿料黏度大甚至出現凝膠狀。鋰金屬比大小也會直接影響粉末粒徑，進而直接影響最終的電化學性能。

因此在實驗設計過程中，不僅需要通過物化測量來選擇合適的鋰金屬比，更需要考慮高溫固相反應中的一些其它因素來選擇最合適的鋰金屬比。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，本發明提供一種鋰電池正極材料制備過程中鋰金屬比的優化方法，可以為實驗初期設計前驅體與氫氧化鋰或碳酸鋰數值比例時，提供參考價值，提高實驗效率。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種鋰電池正極材料制備過程中鋰金屬比的優化方法，包括以下步驟：

步驟一，按照實驗擬制備的鋰電池正極材料的分子式，根據鋰源和金屬X氧化物混合的Li/X的摩爾比，設定鋰金屬比C，將鋰源和金屬X氧化物充分混合后置于匣缽內在一定的溫度和氣氛中通過高溫固相法制備鋰離子電池正極材料；

步驟二，將匣缽中的上層、中層、下層物料刮取下來，通過ICP測量上層鋰金屬比U、中層鋰金屬比M、下層鋰金屬比D；

步驟三，根據步驟二的測試結果，如果焙燒后的正極材料中U、D、M三者中最大值和最小值的差別小于0.01，且U、M、D的數值都介于1.025±0.005之間時，說明制備條件滿足實驗要求，實驗目標實現；如果U、D、M三者中最大值和最小值的差別不小于0.01，則將得到的C,U,M,D的代入如下公式，分別計算溫度影響因子K₁、阻力影響因子f、氧氣分壓影響因子F₁：