又一新型正极材料研发成功,将再次降低锂电池成本提高性能
什么是正极材料
锂电材料处于整个锂电池产业链的上游,主要由正极材料、负极材料、隔膜和电解液四大材料组成。正极材料是锂电池电化学性能的决定性因素,直接决定电池的能量密度及安全性,进而影响电池的综合性能。目前研制成功并得到应用的正极材料主要有钴酸锂(LCO)、磷酸铁锂(LFP)、锰酸锂(LMO)、三元材料镍钴锰酸锂(NCM)和镍钴铝酸锂(NCA)等。
正极材料种类繁多,技术更新迭代较快,但目前行业产能多集中在钴酸锂、磷酸铁锂与中低镍三元材料等低端产品市场,且布局企业众多,供给相对饱和,高镍三元材料因为其相较于其他正极材料拥有能量密度高、循环性能优异和安全无污染等优点受到了广泛的关注。然而,由于其结构的复杂性和制备过程的困难性,目前还没有完全符合市场要求的高镍三元材料问世。
新型正极材料
来自云南大学材料与能源学院的郭洪教授团队最近设计并制备出一种新型高镍三元正极材料,有望用于锂离子电池等多个领域,并在《德国应用化学》期刊上发表了相关研究成果。
最新研究表明,高价态元素掺杂形成的新型高镍正极材料,不但能很好地优化一次晶粒的形貌,还能构建结构稳定且不影响锂离子输运的超晶格层,进而很好地消除二次颗粒在充放电过程中形成的微应力,优化锂离子的迁移路径,有效提高正极材料在充放电循环及热失控过程中的结构稳定性。
为此,郭洪团队成功制备出亚表面具有超晶格、体相掺杂钛、表面包覆锂离子导体的镍钴钼酸锂高镍(镍含量高于90%)正极材料。其独特的结构特征,能从多个方面提高正极材料长循环稳定性,其中纳米级包覆层能抑制电解质与正极材料之间的副反应,超晶格结构能有效稳定脱锂态层状结构,从而抑制表面结构从层状到岩盐相的重构;钛掺杂能增大锂—氧层的层间距,提高电子电导率。
这次研究成功意味着新型高镍三元正极材料在商业化生产领域获得了更为广阔的应用前景。并且将大大促进新能源电池技术的发展,为实现全新能源社会奠定扎实的基础。
正极材料回收
三元正极材料回收与再生的技术路线主要有物理修复再生和冶金法回收两种。
火法处理工艺较简单,但存在排渣量大,锂和锰主要进入废渣,部分锂以Li2O挥发进入烟气而难以回收,资源利用率低。湿法处理技术,具有能耗低、投资小、回收率高和工艺成熟等特点,是国内动力电池再生利用的主流技术。
湿法冶金过程包括活性物质的浸出和浸出液中金属的分离两部分。将预处理后得到的正极材料粉末用无机酸或者有机酸浸出,金属以离子形式进入浸出液中,然后通过沉淀分离法、溶剂萃取法、电沉积法、离子交换法等方法逐一分离浸出液中的有价金属,得到单一金属产品或金属化合物。
资料来源:知网,知乎,等公开资料整理
图片来源:网络
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