[發(fā)明專利]一種高鎳正極材料前驅(qū)體熱分解突變機(jī)制研究方法及系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211615109.7
• 申請(qǐng)日: 2022-12-15
• 公開（公告）號(hào): CN115798650A
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳寧;劉洪臻;陳嘉瑤;陽春華;桂衛(wèi)華;楊鵬;劉紅杰;李天亦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): G16C60/00
• 分類號(hào): 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

本發(fā)明公開了一種高鎳正極材料前驅(qū)體熱分解突變機(jī)制研究方法及系統(tǒng)，通過對(duì)高鎳正極材料微觀化學(xué)反應(yīng)過程進(jìn)行細(xì)分；根據(jù)分段結(jié)果對(duì)高鎳正極材料燒結(jié)過程中參與熱分解反應(yīng)的前驅(qū)體單質(zhì)進(jìn)行的反應(yīng)進(jìn)行研究；根據(jù)分解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)公式與阿倫尼烏斯公式，建立反應(yīng)過程中粒子數(shù)變化關(guān)系；根據(jù)非等溫?zé)嶂貙?shí)驗(yàn)、差示掃描量熱法熱分析實(shí)驗(yàn)、X射線衍射實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)和資料，研究單質(zhì)與混合料反應(yīng)過程之間的差異部分；針對(duì)差異部分進(jìn)行研究，結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與化學(xué)機(jī)理，提出相應(yīng)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(guān)系。本發(fā)明不僅對(duì)前驅(qū)體單質(zhì)進(jìn)行研究，還能有效解決混合料熱分解脫水機(jī)制突變的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高鎳正極材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其公開了一種高鎳正極材料制備過程中前驅(qū)體熱分解突變機(jī)制研究方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

我國(guó)大力發(fā)展新能源，清潔能源需要與之匹配良好的儲(chǔ)能設(shè)備才能使新能源的供給更加穩(wěn)定可靠，因此研發(fā)能量密度高、壽命長(zhǎng)、環(huán)境友好的電池非常重要。鋰離子電池對(duì)解決環(huán)境污染和資源匱乏等問題具有重要作用，具有高容量，無污染等優(yōu)點(diǎn)，是未來最重要的儲(chǔ)能裝置之一，從而引起研究熱潮。在鋰離子電池中，正極材料又扮演重要角色，是其發(fā)展的關(guān)鍵。正極材料中，高鎳正極材料滿足上述需求，是鋰離子電池正極材料中最有潛力的材料之一。

高鎳正極材料燒結(jié)產(chǎn)品，其成品率和燒結(jié)過程的能耗是工業(yè)生產(chǎn)中最關(guān)注的指標(biāo)。提高產(chǎn)品的一致性，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排是項(xiàng)目要實(shí)現(xiàn)的最終目標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要制定相應(yīng)適合的燒結(jié)制度。在燒結(jié)過程中，前驅(qū)體和LiOH·H₂O按一定比例混合后經(jīng)過脫水、化合和晶粒的生長(zhǎng)后得到最終產(chǎn)品。從宏觀角度展開研究并不能全面的分析高鎳正極材料的燒結(jié)過程，需要結(jié)合燒結(jié)過程的微觀化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行研究。為了明晰微觀反應(yīng)的機(jī)理，我們需要研究燒結(jié)的全反應(yīng)流程，但在燒結(jié)過程中，多化學(xué)反應(yīng)耦合在一起，各種物質(zhì)的反應(yīng)之間相互影響、相互促進(jìn)，反應(yīng)機(jī)理不明晰，研究困難。

高鎳正極材料前驅(qū)體是參與燒結(jié)過程反應(yīng)的主要物質(zhì)之一，在很大程度上決定了材料成品的性能。但是由于其物質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，以及與鋰源混合后參與化學(xué)反應(yīng)的多變性，現(xiàn)有技術(shù)并沒有針對(duì)高鎳正極材料燒結(jié)過程的前驅(qū)體熱分解反應(yīng)機(jī)制的分析，前驅(qū)體在與鋰源混合后的反應(yīng)過程機(jī)理和研究方法都不明確，是目前亟待解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種高鎳正極材料前驅(qū)體熱分解突變機(jī)制研究方法及系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)并沒有針對(duì)高鎳正極材料燒結(jié)過程的前驅(qū)體熱分解反應(yīng)機(jī)制的分析，前驅(qū)體在與鋰源混合后的反應(yīng)過程機(jī)理和研究方法都不明確的技術(shù)問題。

本發(fā)明的一方面涉及一種高鎳正極材料前驅(qū)體熱分解突變機(jī)制研究方法，包括以下步驟：

基于化學(xué)反應(yīng)機(jī)理與專家知識(shí)對(duì)高鎳正極材料微觀化學(xué)反應(yīng)過程進(jìn)行細(xì)分；

根據(jù)分段結(jié)果對(duì)高鎳正極材料燒結(jié)過程中參與熱分解反應(yīng)的前驅(qū)體單質(zhì)進(jìn)行的反應(yīng)進(jìn)行研究；

根據(jù)分解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)公式與阿倫尼烏斯公式，建立反應(yīng)過程中粒子數(shù)變化關(guān)系；

根據(jù)非等溫?zé)嶂貙?shí)驗(yàn)、差示掃描量熱法熱分析實(shí)驗(yàn)、X射線衍射實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)和資料，研究單質(zhì)與混合料反應(yīng)過程之間的差異部分；

針對(duì)差異部分進(jìn)行研究，結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與化學(xué)機(jī)理，提出相應(yīng)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(guān)系，同時(shí)采用相應(yīng)參數(shù)辨識(shí)方法，對(duì)該部分得到的函數(shù)關(guān)系內(nèi)的參數(shù)進(jìn)行求解。

進(jìn)一步地，基于化學(xué)反應(yīng)機(jī)理與專家知識(shí)對(duì)高鎳正極材料微觀化學(xué)反應(yīng)過程進(jìn)行細(xì)分的步驟中，針對(duì)情況復(fù)雜多變的高鎳正極材料燒結(jié)過程，利用某升溫速率下非等溫?zé)嶂貙?shí)驗(yàn)得到的熱重?cái)?shù)據(jù)及差示掃描量熱法熱分析實(shí)驗(yàn)得到的單位熱流率數(shù)據(jù)，結(jié)合化學(xué)機(jī)理與專家知識(shí)，將高鎳正極材料熱分解反應(yīng)過程進(jìn)行分段。