年产2000吨锂电池正极材料生产线建设项目可行性研究报告
共沉淀方法可以使材料达到分子或原子线度化学计量比混合，易得到粒径小、混合均匀的前驱体，且煅烧温度较低，合成产物组分均匀，重现性好，条件容易控制，操作简单，目前工业上已有规模生产。
（4）水热合成法
水热合成技术是指在高温高压的过饱和水溶液中进行化学合成的方法，属于湿化学法合成的一种。利用水热法合成的粉末一般结晶度高，并且通过优化合成条件可以不含有任何结晶水，且粉末的大小、均匀性、形状、成份可以得到严格的控制。水热合成省略了锻烧步骤和研磨的步骤，因此粉末的纯度高，晶体缺陷的密度降低。但是对于锂离子电池来说水热法并不是很好，当用水热法以CoOOH为前驱体合成LiCoO2时，研究表明在160℃的高压釜中反应48h，可以从混合物得到单相的LiCoO2，但其循环性能并不好，需要在高温下热处理，提高其结晶度后，LiCoO2的循环性能得以改善。
（5）其他方法
将镍、钴、锰、硝酸锂在氨基乙酸中于400℃点燃，燃烧产物碾碎后在空气中800℃加热4h，冷却后得到正极材料；将蒸馏水溶解的硝酸锂、镍钴锰盐通过喷雾干燥法制备得到正极材料；以镍钴锰盐为原料，柠檬酸为络合剂，配成溶液送入超声喷雾热分解装置，得到[Ni0.5Co0.2Mn0.3]O2前驱体，再将前驱体与锂盐混合高温烧结得到正极材料。
结合我公司实际情况，本项目采用固相合成法。 （三）技术参数和工艺流程
1、项目技术参数
(1) 改性锰酸锂技术参数： ◆化学式：LiMn2O4
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◆外观特征：均一的黑色粉末，无结块；
◆产品特性：具有能量密度高，安全性能好，使用寿命长，高温性能优异；
◆化学参数：Li＝3.8～4.5%，Mn＝56.0～60.0%； ◆物理参数：
X射线衍射：符合JCPDS（350782）标准，无杂相； 振实密度：＞2.0g/cm3
粒径：(D10)＞3μm，(D50)8～18μm，(D90)＜30μm； 比表面积：＜1.5㎡ ◆极片压实密度：＞3.0g/cm3
◆电化学性能：克容量≥110mAh/g，测试条件：1.0C，电压4.3～3V；循环1000次容量保持率≥80%；55℃循环500次容量保持率≥80%；10C充放电容量大于1C的90%；
◆安全特性：通过12V（1C）过充试验，持续480分钟，无泄漏、冒烟、着火现象发生，最高温度低于70℃；
◆电芯短路试验：全部通过，无泄漏、冒烟、着火现象发生，最高温度136℃。
(2) 镍钴锰酸锂三元材料技术参数： ◆化学式：LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2
◆外观特征：均一的灰黑色粉末，无结块；
◆产品特性：具有能量密度高，安全性能好，使用寿命长； ◆化学参数：Li＝7～8%，Ni+Mn+Co＝56.0～60.0%； ◆物理参数：
X射线衍射：符合JCPDS（823040）标准，无杂相； 振实密度：＞2.5g/cm3
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粒径：(D10)＞5μm，(D50)8～12μm，(D90)＜20μm 比表面积：0.2～0.5㎡ ◆极片压实密度：＞3.5g/cm3
◆电化学性能：克容量≥150mAh/g，测试条件：1.0C，电压4.3～3V；循环800次容量保持率≥80%；10C充放电容量大于1C的60%。
◆安全特性：通过12V（1C）过充试验，持续480分钟，无泄漏、冒烟、着火现象发生，最高温度低于70℃；
◆电芯短路试验：全部通过，无泄漏、冒烟、着火现象发生，最高温度136℃。
2、工艺流程
（1）改性锰酸锂技术方案及工艺流程
① 用气流粉碎机将原料电解二氧化锰粉碎，并通过螺杆输送机将其输送到双螺旋锥形混料机中，混合0.5h～3h。经质量检测合格后，装袋入库备用；
② 按一定比例称量电池级碳酸锂、电解二氧化锰和掺杂改性剂，将其加入混料机，混合1～3h后出料。出料后，对混合料进行质量检测，如检测不合格，则重新混合；
③ 将检测合格的混合料装入陶瓷匣砵，置于推板炉中于750～850℃烧结10～15h，得到烧结料，其化学成分为LiMn2O4。烧结过程中发生的反应为：
空气??? 2LiMn2O4 + CO2； Li2CO3 + 4MnO2 ?④ 待烧成料及陶瓷匣砵从推板炉中推出后并冷却到120℃以下出料。通过螺杆输送机将烧成料输送到双螺旋锥形混料机中，混合0.5～3h。混合完毕后物料经过卸料器进入超声振动筛，筛分出料得到目标产品。
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⑤ 对目标产品进行成分、粒度、振实密度、XRD、SEM、BET、电性能等质量检测。质检合格后按一定重量装入铝塑膜包装袋，用真空包装机包装，产品装入成品库。
改性锰酸锂生产工艺流程见改性锰酸锂生产工艺图5-1。 （2）镍钴锰酸锂三元正极材料技术方案及工艺流程
项目以镍钴锰三元素氢氧化物前躯体和碳酸锂为原料，采用高温固相法制备523型（LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2）和111型（LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2）镍钴锰酸锂三元正极材料。生产过程中采用用无重力混合技术、体相掺杂技术、液相包覆技术和二次煅烧技术，有效提高了材料首次充放电效率、高温高压高倍率性能、循环性能和振实密度，降低了产品pH值，制备出电性能和加工性能优异的三元正极材料。
① 原料混合采用无重力混合方式，提高三元材料的容量和首次放电效率。无重力混合充分利用对流混合原理，使物料在混合器内上抛运动形成流动层而瞬间失重，各物料存在颗粒大小、比重悬殊的差异在混合过程中被忽略，使物料快速、高效的达到最佳混合状态，提高产品的有效物质含量和降低产品的阳离子混排程度，从而提高三元材料的容量和首次放电效率。
② 通过体相掺杂掺入其他元素，提高三元材料的首次放电效率，改善材料的循环性能和热稳定性。掺杂非金属元素掺杂和金属元素，使材料的结构更加稳定，改善材料的循环性能和热稳定性。
③ 在材料表面包覆一层稳定的薄膜物质，提高材料的电化学性能。对三元正极材料进行表面包覆改性后，电导率明显提高，从而提高了材料的容量，循环性能也有了很大的改善，特别是在高温高倍率条件下，材料的容量衰减明显降低；这是因为包覆层的存在抑制了循环过程中电 解液中的HF对电极材料的侵蚀，减少了电解液与电极材料的副反应，减
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少了Ni2+、Co3+、Mn4+金属离子的溶解，降低了阻抗，从而大大改善了正极材料的电化学性能。
④ 通过二次烧结提高三元正极材料的振实密度和加工性能。二次烧结可以提高材料的结晶度和控制材料的粒径分布，从而提高三元材料的振实密度；另一方面二次烧结可以降低三元材料的pH值，使正极材料在涂布过程中不易吸潮，提高了三元正极材料的加工性能。
镍钴锰酸锂三元正极材料生产工艺流程见图5-2。
（四）项目主要设备选择
项目生产和实验室使用的主要设备全部为国产标准设备和企业改造非标设备，年产1000吨改性锰酸锂主要生产设备见表5-1，年产500吨镍钴锰酸锂三元材料主要生产设备见表5-2，试验检测设备见表5-3。
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