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目前国际上只有少数技术领先的公司进行了动力锂电高镍三元NCM622的开发,现在也仅有三五家实现量产。国内大部分公司开发的NCM622材料碱性杂质含量高、循环性能差、热存储稳定性差,尚不能用于高端动力锂电池的生产。
“对三元材料来讲,很大的一个问题就是因团聚体颗粒的断裂、粉化所产生的‘孤岛’不能参与充放电过程,形成的裂缝新界面还会发生更多的副反应,这些会导致锂电池综合性能的下降。要想有稳定的颗粒结构和优秀的综合性能,就要从前驱体开始进行全流程系统设计。”陈彦彬说。
陈彦彬带领研发团队,系统开发了高镍材料制备的诸多关键技术,包括前驱体沉淀技术、烧结工艺、掺杂技术、表(界)面协同修饰技术,增强了颗粒体相结构、表面与内部界面稳定性,使材料的循环寿命、存储性能和安全性有一个大幅度的提升。
通过对关键工艺技术的不断改进,陈彦彬带领团队攻克了高镍三元材料产品的众多行业关键难题,建立了一整套处于行业领先水平的产品设计及其清洁高效制造技术。
首先采用硫酸盐体系连续法合成一定规格的高密度球形前驱体,所得的前驱体具有特定的粒度分布,良好的球形度、结晶度、内部结构和颗粒强度,有利于制备综合性能优异的三元材料。
进一步,将前驱体与碳酸锂通过高效混合设备快速混合,在一定的烧结温度曲线以及气氛条件下进行高温烧结,使锂盐与前驱体充分接触并完全反应。烧结料经过粉碎、分级,制备出微米级的超细粉体,再经过多元素、多物相的表(界)面协同改性处理,大幅提升了材料的稳定性,有效抑制了电解液在正极表面的氧化分解和对正极材料的侵蚀溶解等副反应,达到提升材料结构稳定性和化学稳定性的目的,最终制备出综合性能优异的NCM622材料。
对于企业而言只有将实验室的研究成果产业化才能实现其商业价值。当升科技的研发团队通过不断优化改进制备工艺技术及设备,率先设计并建立了全自动大产能全密闭的前驱体清洁高效生产线和正极材料生产线。
“这是国内首条大产能、自动化、无断点、全密闭的前驱体生产线和正极材料生产线,设备流程采用立体布局,最大程度的利用重力作用来减少物流成本和人工;碱液、洗水实现了梯次利用,生产单耗大幅度降低;烧结窑炉单线产能比原来翻了倍,单位产品的能耗、人工等大幅度降低。”陈彦彬说。
工程化产业化,成果转化促发展
我国锂电正极材料行业从起步到现在才不过十余年的时间。在锂电正极材料的制备技术方面,整个行业的技术水平不高。
项目团队所研发的高能量密度NCM622正极材料,实用电池的常温充放电寿命可达4000次以上,远高于国际同行2200次的水平,高低温性能、安全性也大幅提高,该产品在2014年研发成功并出口国际高端锂电市场,并在中高端电动汽车上大规模应用。
该项技术的产业化不仅满足了高端锂电材料的市场需求,同时也推动了国内锂电正极材料工艺技术从传统制造向清洁高效自动化智能化的方向发展。目前,当升科技已拥有国际前十大锂电客户,是全球同时向中、日、韩高端锂电池企业提供高品质锂电正极材料的两家供应商之一,对促进行业整体水平的提高起到了示范引领作用。
项目的研发历程也是近年来北京市高新技术企业科技创新的一个缩影,在北京市“10+3”高精尖产业发展政策的指引下,这些科技型企业紧密结合首都发展新形势和产业发展新趋势,把技术创新作为发展战略的核心,不断增强创新能力和核心竞争力,为北京建设具有全球影响力的全国科技创新中心贡献了重要力量。
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