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国际贸易的90%以上是通过海洋和内河水上船舶运输完成的,减少船舶对海洋环境和大气的污染日益受到关注和重视。采用电力推进船舶,一方面可以减少船舶排放污染,另一方面可以增加船舶的操纵机动灵活性和航行安全性。为此,船舶需要配备大量的储能电池以保证船舶电网的稳定性和电力推进的可靠性。锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、绿色环保等优点,是重要的船舶储能体系,为发展更高能量密度的锂离子电池船舶储能体系,高镍三元正极材料是其发展方向。当前的锂离子电池正极材料特别是高镍正极前驱体的生产普遍存在生产效率低、生产成本高、过程控制要求条件苛刻、产品电化学性能差等阻碍其产业化的突出问题,因此,本论文采用共沉淀法及喷雾热解法制备镍钴锰三元前驱体,以组织调控二次颗粒的生长过程及结构为指导思想,针对如何降低生产成本、减少废水产生、降低过程控制难度及提高产品的电化学性能等方面,开展了一系列扩大化制备试验、样品的表征及理论探讨,为三元材料的产业化提供一些建议及优化策略。论文分别在工业化装置上采用共沉淀及喷雾热解法,研究探讨了工艺过程中三元前驱体颗粒的形核生长机理与规律,制备出了不同镍含量的锂离子电池三元正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.302、LiNi0.6Co0.2Mn0.202 及 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 对应的三元氢氧化物及氧化物前驱体粉末,考察了不同工艺制备样品的电化学性能,利用SEM、XRD、TEM、CV、EIS等手段对样品进行了表征,通过不同制备工艺的工业化制备试验,探索了高效、长时间稳定制备批量化材料的工艺路线。首先在500 L反应釜中,采用造核放渣半连续共沉淀工艺,利用周期性的造核放渣来实现二次颗粒的组织调控,使体系的粒度分布始终保持在合理的范围,长时间连续稳定地制备出粒度分布均匀、形貌优良的NCM523OH和NCM622OH三元氢氧化物前驱体颗粒,经与锂盐烧结制备的正极材料为α-NaFeO2层状结构的单相电极材料。研究认为,共沉淀的过程是一个形核、长大的过程,颗粒形核主要由pH值、氨水浓度及搅拌速率的因素控制,长大主要由pH值、反应时间、反应温度及陈化时间的控制。制备的LNCM523电极材料在0.1 C,2.8-4.3 V条件下的首放容量为175 mAh/g。而LNCM622材料首次放电容量为187 mAh/g,经100次充放电循环后,容量仍保持在172 mAh/g,容量保持率为91%。该工艺已成功应用于NCM622OH前驱体的工业生产实际。其次,在周期性造核放渣工艺的基础上,探索研究了 NCM622OH三元氢氧化物前驱体的连续制备工艺,以降低成本,提高效率。采用500 L多釜串联共沉淀连续合成工艺,连续搅拌,连续注入反应溶液,制备出高镍NCM622OH前驱体。通过优化实验过程,将pH值控制在11.2左右,氨水浓度保持在0.5 M,搅拌速度控制在40 Hz以上,反应釜内溶液的温度保持在55±1℃,陈化1h,长时间连续稳定地制备了粒度分布窄、形貌良好的NCM622OH前驱体样品。结果表明,对应的LNCM622三元正极材料为典型的α-NaFeO2层状结构,在0.1 C,2.8-4.3 V条件下的首放容量为208.5 mAh/g,经过214圈循环后,放电容量仍保持在194.4 mAh/g,容量保持率达到了 92.9%,1000圈长周期倍率性能测试显示,10 C时的比容量稳定保持在101.1 mAh/g,仅有每圈0.0105%的容量损失率,表现出了优异的电化学性能。实践证明,该多釜串联共沉淀连续合成工艺能够大幅度提高工作效率,避免传统间歇工艺中需要停釜、重新洗釜、添加底液、升温及起釜等重复工序,具有稳定可靠、效率高、成本低、规模化连续制备的特点,已开始应用于工业化试生产。再者,为进一步降低生产成本,减少废水排放,提高三元材料结构安全性的要求,探索采用喷雾热解一步法工艺制备单晶NCM622氧化物前驱体,优选的体系为镍、钴、锰氯化盐溶液,优化的的热解温度条件为850℃。氧化物前驱体对应正极材料在2.8-4.3 V电压,0.1 C倍率下,放电容量为184 mAh/g,1 C循环100圈后容量保持在128 mAh/g,结果表明,由该前驱体制备的电极材料具有较好的电化学性能。最后,为克服喷雾热解一步法工艺控制产物的形貌、流动性难度大的缺点,提出采用喷雾干燥+热解的两步工艺法,通过加长热解反应过程,促使单晶晶体生长。两步法喷雾热解技术优化的工艺条件为喷雾干燥温度200℃、热解温度850℃,通过低温塑性,高温热解的方案,制备出了形貌优良的高镍单晶NCM811氧化物前驱体。结果表明,最优条件下正极材料LNCM811晶体结构完整,为典型α-NaFeO2空间结构晶体。制作的电极在2.8-4.3 V电压,0.1 C倍率下,比容量由首次的202 mAh/g循环到100圈循环放电后比容量仍保持在181 mAh/g,电极的电化学性能与共沉淀法制备高镍三元电极性能相比接近。表明该喷雾热解两步法是一种具有工业化推广潜力的低成本、高效高镍单晶三元正极材料规模化制备工艺。