[發明專利]一種高鎳正極材料前驅體熱分解突變機制研究方法及系統

在審

• 申請號: 202211615109.7
• 申請日: 2022-12-15
• 公開（公告）號: CN115798650A
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 陳寧;劉洪臻;陳嘉瑤;陽春華;桂衛華;楊鵬;劉紅杰;李天亦
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G16C60/00
• 分類號: G16C60/00;H01M4/04;H01M4/1391;H01M4/02;H01M4/525
• 代理公司: 廣州市紅荔專利代理有限公司 44214
• 代理人: 李婷

1.一種高鎳正極材料前驅體熱分解突變機制研究方法，其特征在于，包括以下步驟：

基于化學反應機理與專家知識對高鎳正極材料微觀化學反應過程進行細分；

根據分段結果對高鎳正極材料燒結過程中參與熱分解反應的前驅體單質進行的反應進行研究；

根據分解反應動力學公式與阿倫尼烏斯公式，建立反應過程中粒子數變化關系；

根據非等溫熱重實驗、差示掃描量熱法熱分析實驗、X射線衍射實驗的數據和資料，研究單質與混合料反應過程之間的差異部分；

針對差異部分進行研究，結合實驗數據與化學機理，提出相應差異部分的研究方法，得到該部分在不同升溫速率下的變化關系，同時采用相應參數辨識方法，對該部分得到的函數關系內的參數進行求解。

2.如權利要求1所述的高鎳正極材料前驅體熱分解突變機制研究方法，其特征在于，所述基于化學反應機理與專家知識對高鎳正極材料微觀化學反應過程進行細分的步驟中，針對情況復雜多變的高鎳正極材料燒結過程，利用某升溫速率下非等溫熱重實驗得到的熱重數據及差示掃描量熱法熱分析實驗得到的單位熱流率數據，結合化學機理與專家知識，將高鎳正極材料熱分解反應過程進行分段。

3.如權利要求1所述的高鎳正極材料前驅體熱分解突變機制研究方法，其特征在于，所述根據分段結果對高鎳正極材料燒結過程中參與熱分解反應的前驅體單質進行的反應進行研究的步驟中，根據前期研究，利用前驅體單質單獨進行熱分解反應的實驗數據以及加入鋰源LiOH·H₂O后前驅體熱分解反應的實驗數據，得到前驅體單質在加入鋰源前后的化學性質。

4.如權利要求3所述的高鎳正極材料前驅體熱分解突變機制研究方法，其特征在于，所述根據分解反應動力學公式與阿倫尼烏斯公式，建立反應過程中粒子數變化關系的步驟中，根據研究的參與熱分解反應的前驅體單質的化學性質，結合實驗數據，利用阿倫尼烏斯公式和分解反應動力學公式，計算相應物質粒子數變化規律，分解反應的表征反應速率的動力學方程表示為：

其中，是分解反應的表征反應速率，f(α)為由反應機理所決定的動力學機理函數的微分形式；k是動力學方程中的速率常數，與溫度有非常密切的關系，常用阿倫尼烏斯定律描述：

其中，k為速率常數，A為指前因子；E為活化能；R為摩爾氣體常數；T為熱力學溫度；

該動力學方程適用于絕大多數氣-固相反應中的所有基元反應和部分機理較為復雜的反應，常用動力學方程式為：

其中，是分解反應的表征反應速率，f(α)為由反應機理所決定的動力學機理函數的微分形式；A為指前因子；E為活化能；R為摩爾氣體常數；T為熱力學溫度；

定義在t時刻某反應的反應率α^t為：

其中，α^t為在t時刻某反應的反應率，為t時刻時反應物a的粒子數，為初始時刻t₀時反應物a的粒子數；此時該分解反應的反應動力學離散化模型為：

其中，α^t為在t時刻某反應的反應率，α^t+1為在t+1時刻某反應的反應率，Δt為時刻的變化量，A為指前因子；E為活化能；R為摩爾氣體常數；T為熱力學溫度；

則在一個離散時間步內，物質a反應率的變化量Δα^t為：

其中，Δα^t為物質a反應率的變化量，α^t為在t時刻某反應的反應率，α^t+1為在t+1時刻某反應的反應率，Δt為時刻的變化量，A為指前因子；E為活化能；R為摩爾氣體常數；T為熱力學溫度；

獲得t時刻反應物a的粒子數的變化量為：

其中，為t時刻反應物a的粒子數的變化量，為初始時刻t₀時反應物a的粒子數；α^t為在t時刻某反應的反應率，Δt為時刻的變化量，A為指前因子；E為活化能；R為摩爾氣體常數；T為熱力學溫度。