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科技研发

科隆兴科技 科技兴科隆

锂电正极材料新品开发研究成果

一、项目概况
目前,现有NCM111、NCM424和NCM523规格多元素正极材料还不能满足高容量3C数码和电动自行车的要求。本项目研发的主要产品是高容量三元锂电正极材料NCM622和NCM811。NCM622主要应用在3C数码高容量和电动自行车圆柱电池市场,NCM811主要应用在3C数码高容量圆柱电池。但NCM622和NCM811规格材料存在pH高,材料加工性能差,国内电池厂无法大批量使用。该项目主要基于以上问题进行改性,技术路线主要通过掺杂和包覆、使用低共熔混合熔盐固相反应烧结和清洗技术,开发出高容量三元锂电正极材料NCM622和NCM811,具有比容量高、压实密度高、容易加工和循环寿命好的优点。产品性能处于国内领先水平。
二、项目实施情况
(一)执行期
序号 工作内容 完成日期
1 前躯体工艺 (前驱体掺杂、表面进行包覆、梯度包覆工艺) 优化 2013年3月
2 混料工艺、低共熔混合熔盐固相烧结工艺优化 2013年5月
3 实验室研发样品得到客户认可 2013年8月
4 中试样品得到客户认可 2013年10月
5 车间批量生产 2013年11月
(二)达到的技术指标
KL206(622) 技术指标:

序号 项目 指标
1 0.5C比容量 ≥165mAh/g
2 循环寿命 ≥800次;
3 压实密度 ≥3.8g/cm3
4 pH值 ≤11.6

KL208Y(811) 技术指标:
序号 项目 指标
1 0.5C比容量 >180mAh/g
2 循环寿命 ≥1000次;
3 压实密度 ≥3.8g/cm3
4 pH值 ≤11.6

三、项目技术创新情况
(1)采用独有的湿法共沉淀及包覆工艺合成多元素前驱体,在前驱体合成过程中掺杂微量的金属元素,再在前驱体表面进行单一元素包覆、混合包覆、梯度包覆工艺,控制材料的粒度分布,粒度分布可以根据客户的要求任意调节;
(2)在材料合成过程中,加入较多的镍元素,降低材料中钴元素含量;提高了材料的容量,同时保持材料晶体结构的稳定性,NCM811材料0.5C比容量≥180mAh/g,NCM622材料0.5C比容量≥165mAh/g;
(3)在材料合成过程中,通过湿法结晶反应和使用低共熔混合熔盐固相反应烧结技术以及合成过程中气氛控制,对材料表面形貌进行二次加工,提高材料的压实密度和加工性能;NCM622和NCM811材料压实密度≥3.8g/cm3 ;
(4)高镍NCM622和NCM811材料的pH较常规NCM523材料高0.3-0.5左右,加工性能差,浆料容易团聚成果冻。因此需要对材料表面进行改性,降低表面残余碳酸锂和氢氧化锂。主要通过不同比例混合的水和NMP混合洗液多次清洗正极材料的方式,有效的降低了材料中的杂质含量和pH值,提高了材料加工性能和循环性能;材料的pH值≤11.6,循环寿命≥1000次,满足高端3C数码电池的循环要求。


四、社会效益和经济效益
1、该项目预计新增就业50人,一方面可促进当地就业;另一方面通过电池材料性能的提升,将带动当地电池产业的发展,将会对河南省乃至我国中部地区相关领域整体水平的提高、推动电池产业及电动汽车、电动自行车等终端行业的发展做出积极贡献,其社会效益非常显著。
2、以生产、销售高品质锂离子电池正极材料前驱体及终端正极材料为特色的河南科隆集团新能源有限公司始终注重新产品、新技术的研究,本成果产品是公司“高性能动力电池等关键零部件和材料”的重点发展方向之一。本项目成果在保持了NCM622、NCM811较高比容量的同时,较好的解决了残余锂高、加工困难等问题,在控制该材料比表面积、压实密度等性能指标等方面有特色,通过优化制备条件降低了制备温度,在制造成本上有优势。批量使用客户对本产品反映较好,认为该材料市场潜力巨大,具有很大的社会效益和经济效益。2013年度,三元材料产业化的规格有:KL206(622)、KL208Y(811),共销售三元材料120吨,适用于不同型号的锂离子电池,主要市场为3C数码、电动自行车等市场。制备的三元材料已被国内大型锂电池厂批量采用,具有粒度分布合理、振实密度高、加工性能优异、循环寿命长、安全性能高,能量和功率密度高等特点。2013年实现年销售收入1800万元,具有较好的经济效益。
五、阶段性成果
1、高镍NCM622材料历时9个月的研发和生产中试,5个月的市场推广,确定该产品型号为KL206,目前已有8家以上新客户认可并批量采购,2家客户样品中试阶段。KL206产品客户主要为3C数码和电动自行车用户,每月总销量约40吨。
2、高镍NCM811材料历时10个月的研发和生产中试,6个月的市场推广,确定该产品型号为KL208Y,目前已有4家以上新客户认可并批量采购,2家客户样品中试阶段。KL208Y产品客户主要为3C高容量数码圆柱电池用户,每月总销量约10吨左右。

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