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项目年度编号
1500320327
中图分类号
TM242
成果公布年份
2014
成果简介
关键技术和创新点：关键技术：钛酸锂前躯体制备关键技术；稳定浆料制备关键技术；球形粉末雾化干燥制备关键技术；碳包覆和复合阳离子液相掺杂关键技术。创新点：常压下水热反应制备钛酸锂材料前驱体传统的水热合成通常是在高温和高压条件下进行的，其产物纯度高、分散性好、粒度易控制，但是高温、高压的条件增加了工业生产的难度和生产成本，同时也具有一定工业危险性。该项目采用在常压条件下的水热合成工艺，并控制和降低反应温度，有效的降低生产成本和增加生产的可操控性，合成高质量钛酸锂所需要的化学计量比的lI-tI-O三元体系的前驱体粉末。可溶性高分子作为碳源采用液相条件雾化干燥工艺制取碳包覆钛酸锂材料该项目采用先进的雾化干燥工艺，在很短的时间内完成干燥，可以获得粒度小于2μM甚至达到亚微米的球形钛酸锂前驱体粉体。同时，在前驱体浆料配制时预先加入一些特别筛选出的可溶性高分子，一方面是使浆料具有合适的流动性和粘度，防止浆料沉积，优化干燥产物的颗粒性质。另一方面，提高导电率，在钛酸锂晶粒表面形成一层结合紧密、导电性良好的薄层，大幅度减少导电组分的加入量，既改善了粉料的导电性能，又不降低整体的振实密度和比容量。金属元素掺杂改性，提高钛酸锂材料的导电性钛酸锂为尖晶石型结构，具有稳定的状态。在电场的作用下，锂离子可以在晶格中定向迁移，表现出一定的导电性，锂迁移速率直接影其响导电率的水平和材料的实际容量。对钛酸锂进行金属掺杂的主要目的有两个：一是为了降低它的电极电位，提高电池能量密度；再是提高材料的导电性，降低电阻和极化。该项目拟采用MG<'2+>、al<'3+>等高价金属离子的可溶性盐在液相条件下进行掺杂处理，保证掺杂离子在产品中的均匀性。在此基础上，进行多种金属离子共掺杂进行改性研究。2.研制成果通过近两年时间的研究工作，该项目在原料配比、配料方式、雾化干燥条件、焙烧条件等试验工艺调整方面取得了一定进展，主要有以下几点：完成了实验室设备的配套及定型；根据焙烧温度工艺的微调确定新的原料配比，获得的钛酸锂产品碳含量为2.0%-2.3%，锂含量为5.66%-5.88%，结果稳定。制备出超细的钛酸锂粉末，完成了金属掺杂和碳包覆改性等研究；通过液相条件下实现了有机碳包覆和复合阳离子掺杂改性，生产的碳酸锂产品经XRd检测表明产品为纯相尖晶石结构，无明显的杂质相生成，提高了材料粉末的电化学性能。上述粉末组装成扣式电池后，进行电化学性能测试。通过其他电池企业对粉末的试用制备扣式电池，粉末在电池制作的制浆、涂布、干燥、冲片等过程中均符合试验要求，制作的电池的具备优异的充放电容量和循环性能。测试结果观察电压稳定，充放电曲线平台良好。经循环性能测试，结果表明在1c条件下，70次循环后，放电容量为125.8MaH/G，保持了原有容量的96.7%。形成了完备的的实验操作规范、电池制作及检测标准以及设备操作规程。应用前景：该项目产品的广泛应用在负极材料这个关键环节上，适应了锂离子电池生产国产化的要求，并能完全实现技术自主，不受制于人，提高了锂离子电池产品的国产化水平。该项目产品具有优良的后续加工性能，在电极制备和单体电池封装过程具有相当的稳定性，从而使生产使用的成品电池的可靠性和寿命提高，进而全面提高锂离子动力电池汽车、储能电池以及锂离子电动工具等的质量乃至整个锂离子电池制品的总体质量水平，提高了中国锂离子电池产品的国际竞争力，为中国锂离子电池产品稳步进入国际市场、实现国际化有重要的促进作用。该项目的实施，将提升国内锂辉石综合利用水平，增加产品附加值，促进对上下游相关企业（铁盐、锂盐和电池生产企业）的发展，增加就业机会。同时，该项目的实施，由于反应效率的提高削减了能耗，有利于磷酸铁锂正极材料的清洁生产，提高企业的市场竞争力。该项目产品的广泛应用将推动国内锂离子电池生产企业的发展，将促进新能源和汽车产业结构调整，特别是汽车动力电池生产企业及电力储能电池生产企业的飞速发展，缓解化石资源紧张的状况，减少大气污染物排放，提高空气质量。
完成单位
四川科能锂电有限公司
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