鋰化工藝 前驅體和鋰源主含量的影響因素
M(OH)2+0.5L12C03+0.2502=LiM02+0.5C02 ↑ +H20 ↑ (1)
M(OH)2+LiOH . H20+0.2502-LiM02+2.5H20 ↑ (2)
式中,M為Ni、Mn、Co中的三種元素的任意比例。
鋰化配比即“與M的摩爾比,按照上述化學反應方程式,Li/M=l.0,但在實際生產過程中,需要根據試驗檢測的物化結果,或者根據使用對象的不同選擇綜合性能最好或者是最適合的比例。在計算鋰化配比時,需要知道前驅體的總金屬含量、鋰源的鋰含量,但前驅體的總金屬含量、鋰源的鋰含量并不能按照分子式算出的理論結果,實際結果和理論結果的偏差主要是由雜質含量和水分含量引起的,具體影響因素見表。
前驅體和鋰源主含量的影響因素
其中,前驅體的氧化主要是在反應過程中的氧化和反應完成后前驅體干燥溫度過高造成的氧化。一般前驅體烘干溫度為100~110℃,若烘干溫度過高,前驅體氧化程度加深,前驅體變為氫氧化物和氧化物的混合體,組成發生變化后,金屬含量也笈生變化。不同干燥溫度下前驅體的前驅體干燥工藝。
前驅體的水分含量較高,不同廠家生產的前驅體水分含量相差較大,其對總金屬含量的影響也較大。以NCM523為例,不考慮雜質的影響,計算水分含量對前驅體金屬含量的影響。
檢測出前驅體的總金屬含量和所用鋰源的鋰含量后,就可以進行鋰化計算。一般情況下,三元材料的鋰化配比范圍在1.02~1.15之間。下面就鋰化配比對材料性能的影響舉例。
在生產實踐中發現,鋰化配比是影響三元材料比容量和循環性能的主要因素之一。鋰化配比還會影響三元材料的表面游離鋰含量和材料的pH值。
鋰化配比偏高或者偏低,三元材料的容量都會降低,相同煅燒溫度和時間,不同鋰化配比下NCM622的比容量變化。
使用不同的前驅體,得到的最佳鋰化配比并不相同,如圖2所示為相同煅燒溫度和時間,不同鋰化配比下NCM523的比容量,可以看出,當鋰化配比為1.06時,此NCM523樣品比容量最高,但循環性能并不是最優的。一般情況下,鋰化稍微偏高的材料循環性能較為優異,但比容量并不是最高的;鋰化稍微偏低的材料能得到較高的比容量,但其循環性能有所降低。材料廠家應根據客戶的具體要求,選擇合適的鋰化配比。
對于同一型號的產品,鋰化配比越高,材料表面的游離鋰越高,某一型號產品表面碳酸鋰殘留量和鋰化配比的關系,從圖中可以看出,當鋰化配比提高到1.10時,檢測出材料表面的碳酸根含量已經接近0.5%。
但鋰化配比對三元材料的比表面積、振實密度等影響不明顯。表為不同鋰化配比的NCM523材料的物化指標。
不同鋰化配比的NCM523比表面積和振實密度對比


