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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成本。目前我國四氧化三鈷生產工藝主要為銨鹽體系從氯化鈷鹽中生產,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電池級四氧化三鈷,也是國內首家用鈷鹽作原料生產四氧化三鈷的企業(yè)。當時產品處于國內領先水平,2006年被湖南省科技廳認定為“高新技術產品”。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原料來源,降低生產成本,提高產品綜合性能。因此,環(huán)境友好型、資源節(jié)約型生產工藝和低成本、高性能產品,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。

產品四氧化三鈷主要性能指標達國內領先水平: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.鈷酸鋰生產過程中間物料布袋塵產品化研究與應用

LiCoO2是目前工藝最成熟、應用最廣泛的鋰離子電池正極材料,由于現商用鈷酸鋰要求粒度為D50:6.0～12.0μm,在生產過程中須采用破碎-分級工序,該工序產生一定量的細小顆粒,該顆粒在生產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。

在現有鈷酸鋰生產工藝流程不變的情況下,經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,最終產品綜合性能與公司正常鈷酸鋰產品性能一致,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。