PTMS电磁除铁器预锂化的核心是:寻找外界锂源,让全电池化成消耗外界锂源提供的锂离子、而非消耗正极脱嵌的锂离子,从而最大程度的保留正极脱嵌的锂离子,并提高全电池容量。目前一种典型的富锂化材料为Li5FeO4,其克容量高达700mAh/g,化成时每个分子可以释放出四个Li+,方程式如下:Li5FeO4→4Li++4e-+LiFeO2+O2。由于在反应中生成的O2会随着除气被排出电池,因此对于锂离子电池而言、上述反应并不像正极脱锂一样是可逆的。但由于富锂材料的高克容量,将其少比例的加入正极中就可以补充够负极化成所需的额外锂离子,因此只要保证产物LiFeO2在电解液中的稳定,就可以起到提高全电池容量的作用。该方案在具体实施中,若是探索到了将Li5FeO4与正极活性物质一同配料和涂布的工艺,那就可以让电池厂在几乎不进行任何设备改造的情况下完成预锂化,这一看似傻瓜式的操作,却往往是企业最为喜爱的。
各种预锂化方法,针对的都是负极首效低于正极的全电池,全电池预锂化后,首次效率最高能达到PTMS电磁除铁器处理正极材料半电池的水平。而对于正极首效更低的电池而言,上面的方法则基本无能为力,原因是此时全电池的首效受限于正极充电后不再有足够的嵌锂空间,即使外界补锂,也无法嵌入正极,因而没有作用。为获得更多的可逆容量,通常可提高三元材料镍的含量。例如在三元高镍材料中,当镍的摩尔含量(摩尔含量可表示某一种粒子数量占物质同尺寸量级的总粒子数量的比值)提升至82%时,三元材料4.2V全电池克容量发挥可达到200mAh/g。当镍的摩尔含量提升至90%时,三元材料4.2V全电池克容量发挥可达到205mAh/g。但因为镍离子与锂离子半径相近容易混排,所以镍含量过多时,三元材料结构不稳定。
PTMS电磁除铁器除铁三元材料及前驱体(获得目标产物过程中的一种物质)制备方法:三元材料的前驱体一般是含+2价的镍钴锰元素的氢氧化物,前驱体化学式为:NixCoyMn(1-x-y)(OH)2(x<1,y<1)。前驱体的合成方法:一般采用液相共沉淀方法,以硫酸镍(NiSO4)、硫酸钴(CoSO4)、硫酸锰(MnSO4)作为反应物,水作为溶剂,氨水(NH3·H2O)作为络合剂(氨水络合剂可以将三元材料沉淀中的杂质溶解),氢氧化钠(NaOH)作为沉淀剂。共沉淀后形成的产物经过脱水干燥后,可得到前驱体粉末。
以生成NCM523三元材料前驱物为例,反应方程式如下:
0.5NiSO4+0.2CoSO4+0.3MnSO4+2NaOH→Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2+Na2SO4
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