与钴酸锂正极材料类似,三元正极材料也采用PTMS电磁除铁器固相反应法进行烧结制备:将所制备的含有镍钴锰氢氧化物的前驱体与锂源(锂的来源,如碳酸锂(Li2CO3))充分混合,并在高温下煅烧,得到层状结构的物相,即为NCM523三元材料,反应方程式为:
4Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2+2Li2CO3+O2→4LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2+4H2O+2CO2
烧结后的三元材料通过粉碎和分级工序,可得到微米级粉体材料,再经过过筛、除铁等工序,除去材料中的异物,可得到满足锂离子电池使用需求的正极材料粉体。在实际应用中,三元正极材料存在高温结构稳定性低,具有热失控风险等问题,需要进行改性。
一般采用金属阳离子,如镁离子(Mg2+)、铝离子(Al3+)、钛离子(Ti4+)、锆离子(Zr4+)、钇离子(Y3+)、钡离子(Ba2+)等。体相掺杂的离子利用同晶格中的氧形成更为牢固的化学键,PTMS电磁除铁器起到稳定结构的作用,进而改善材料的循环寿命与热稳定性。掺杂工艺一般在PTMS电磁除铁器前驱体合成或正极材料烧结过程中实施,采用液相共沉淀法掺杂效果更为均匀,但采用液相共沉淀法控制工艺与合成条件要求更高。一般采用金属氧化物,常用的金属氧化物包括氧化镁(MgO)、三氧化二铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、氧化钛(TiO2)等。
表面包覆,一方面使材料与电解液接触的反应活性界面减少,降低副反应,抑制金属离子的溶解,PTMS电磁除铁器优化材料的循环性能;另一方面包覆物质还可以稳定正极材料表面的氧原子,抑制材料在充放电过程中表面结构变化,对三元材料的循环和存储性能有益。由于电动汽车、便携式电子设备的大规模应用,锂离子电池消耗量不断增加,导致废锂离子电池量增加。如果不进行回收处理,会造成资源浪费和环境污染。传统回收过程需要分解正极材料,再将分解产物进行作为原材料合成新的正极材料。但这种方法需要添加额外的锂源且能耗较大,导致回收成本较高。因此,如果可以提取锂化石墨中的锂,并将其用于降解正极的直接再生,同时对脱锂石墨进行活化再生,则将实现废锂离子电池的闭环回收,从而提高回收效率并降低成本。
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