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湖南有色金屬研究院多個鋰離子電池正極材料項目獲獎

1.鈉鹽體系生產(chǎn)高密度球形四氧化三鈷的研究與應用

四氧化三鈷是合成鋰離子電池正極材料鈷酸鋰的主要原料之一,其性能和價格決定著鈷酸鋰的綜合性能和生產(chǎn)成本。目前我國四氧化三鈷生產(chǎn)工藝主要為銨鹽體系從氯化鈷鹽中生產(chǎn),該工藝是湖南有色研究院所屬湖南美特新材料有限公司于2004年在國內(nèi)首先提出,并于2005年在株洲海達新材料有限公司以技術入股生產(chǎn)電池級四氧化三鈷,也是國內(nèi)首家用鈷鹽作原料生產(chǎn)四氧化三鈷的企業(yè)。當時產(chǎn)品處于國內(nèi)領先水平,2006年被湖南省科技廳認定為“高新技術產(chǎn)品”。但該工藝存在著鈷直收率低、大量高濃度氨氮廢水難處理等一系列問題,阻礙其發(fā)展和應用。此外,隨著鋰離子電池的飛速發(fā)展和鈷資源的逐漸消耗,必然要求拓寬四氧化三鈷生產(chǎn)原料來源,降低生產(chǎn)成本,提高產(chǎn)品綜合性能。因此,環(huán)境友好型、資源節(jié)約型生產(chǎn)工藝和低成本、高性能產(chǎn)品,成為四氧化三鈷的發(fā)展趨勢。

我國鈷資源大部分依靠進口,每年自產(chǎn)鈷量不到1 000 t,而濕法煉鋅廠每年堆存的含鈷鋅渣中含鈷量高達210 t以上,至今還沒有從此渣中經(jīng)濟有效地回收鈷和鋅的方法,造成極大的資源浪費和環(huán)境污染。

經(jīng)湖南有色研究院所屬湖南美特新材料有限公司創(chuàng)造性地采用鈉鹽體系替代銨鹽體系生產(chǎn)電池級四氧化三鈷,徹底解決了氨氮廢水的污染問題,并將鈷的直收率提高了1.5%,降低了生產(chǎn)成本;首次提出以含鋅鈷渣為原料,制備含鋅四氧化三鈷,直接應用于摻鋅鈷酸鋰工藝,合成高性能含鋅鈷酸鋰,既實現(xiàn)了鈷酸鋰原料預摻雜的目的,又解決了鈷資源浪費和重金屬離子污染環(huán)境的問題,達到了含鋅鈷渣綜合回收利用的目的。

產(chǎn)品四氧化三鈷主要性能指標達國內(nèi)領先水平:形貌為類球形,D50為7.0～9.0μm,粒徑呈正態(tài)分布,振實密度≥2.9 g/cm3。

本項目成果于2010年4月通過由湖南省科技廳組織的專家鑒定,鑒定意見為“該項目整體技術水平居國內(nèi)領先水平”,并于2010年11月獲中國有色金屬工業(yè)科技進步二等獎。

2.鈷酸鋰生產(chǎn)過程中間物料布袋塵產(chǎn)品化研究與應用

LiCoO2是目前工藝最成熟、應用最廣泛的鋰離子電池正極材料,由于現(xiàn)商用鈷酸鋰要求粒度為D50:6.0～12.0μm,在生產(chǎn)過程中須采用破碎-分級工序,該工序產(chǎn)生一定量的細小顆粒,該顆粒在生產(chǎn)實踐中用布袋收集而稱布袋塵。該塵粒度小(D50:1.0～2.5μm),振實密度低(＜1.7 g/cm3),比表面積大(＞1.0 m2/g),制作的電芯體積比容量低、安全性能差。而布袋塵的傳統(tǒng)處理方案有兩種:一是外銷,將其賣給小型電芯廠,使不安全的電芯流通到市場;二是重新化學溶解分離回收其中的鋰、鈷。該處理方式工序繁瑣,所耗成本巨大。再加上鈷在回收過程中回收率低,環(huán)境污染大。因此,這兩種處理方式無論對環(huán)境還是對社會均造成了不利影響。

在現(xiàn)有鈷酸鋰生產(chǎn)工藝流程不變的情況下,經(jīng)湖南有色研究院所屬湖南美特新材料有限公司創(chuàng)造性地采用布袋塵返回生產(chǎn)主流程的二次合成工序并添入一種無污染離子的添加劑,使布袋塵顆粒長大,最終產(chǎn)品綜合性能與公司正常鈷酸鋰產(chǎn)品性能一致,從而有效解決了布袋塵加工性能差、難處理等問題。

經(jīng)處理后的布袋塵物料綜合性能如下:(1)粒度D50為10～12μm;振實密度2.8 g/cm3以上;比表面積在0.2～0.6 m2/g之間,安全性能好;(2)電性能:初始放電比容量(1 C)145 mAh/g以上,初始放電平臺時間＞50 min;循環(huán)性能良好。

本項目成果于2010年4月通過由湖南省科技廳組織的專家鑒定,鑒定意見為“該項目整體技術水平居國內(nèi)領先水平”,并于2010年11月獲中國有色金屬工業(yè)科技進步三等獎。