锂离子电池高镍三元正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的性能研究

富镍正极材料(LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2)具有高容量的优点,是锂离子电池正极材料最有潜力的材料之一。为确定最佳合成条件,本工作研究了合成温度对材料性能的影响,并详细分析了材料电化学性能衰减的原因以及循环过程中材料结构的变化。采用热重/差示扫描量热法(TG/DSC)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(HRTEM)、能谱仪(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)等手段对合成的正极材料进行了物化表征,并对其电化学性能进行测试。结果表明,在低温段500℃保温4 h,高温段750℃保温14 h合成的正极材料NCM750在0.2 C首次放电比容量为186.2 mAh/g,首次充放电效率为82.5%,1 C放电比容量为185.1 mAh/g,100次循环后仍有175.2 mAh/g,容量保持率为95.2%。在此条件下合成的材料具有结构稳定,粒径均匀,电化学性能优异等优点,本工作对富镍正极材料的合成及结构变化进行研究,有助于加深对材料的了解。     

镍钴锰三元前驱体废料与硫化镍废料的联合浸出

研究了镍钴锰三元前驱体废料和硫化镍废料联合氧化还原浸出过程。在下述最佳反应条件下：硫化镍废料与镍钴锰三元前驱体废料质量比1/5、反应初始酸度4 mol/L、反应温度90℃、反应液固比4、反应时间6 h,镍钴锰三元前驱体废料中锰的浸出率和硫化镍废料的利用率分别达到99.89%和92.60%,浸出渣可以返回继续还原浸出镍钴锰三元前驱体废料。本工艺避免了镍钴锰三元前驱体废料单独浸出的还原剂消耗和硫化镍废料单独浸出的氧化剂消耗,实现了镍钴锰三元前驱体废料和硫化镍废料的协同浸出。     

镍钴锰三元前驱体废料与草酸钴废料的联合浸出

采用镍钴锰三元前驱体废料和草酸钴废料联合氧化还原浸出,研究了三元前驱体废料和草酸钴废料的质量配比、初始酸度、反应温度、反应时间等对镍、钴和锰浸出率的影响。结果表明,最佳反应条件为:三元前驱体废料和草酸钴废料的质量比53.5、初始酸度4mol/L、反应温度50℃、液固比41、反应时间120min,钴、镍和锰的浸出率分别达到96.76%、99.75%和99.80%,浸出液直接用于共沉淀法制备三元前驱体。实现了两种废料同时浸出和循环回收利用的目的。     

溶析结晶法制备硫酸钴的实验研究

采用溶析结晶法制备硫酸钴,考察了溶析剂种类、溶析剂用量、溶析剂浓度、溶液初始Co²⁺浓度、结晶温度等参数对硫酸钴结晶率的影响。以乙醇为溶析剂,在溶析剂与硫酸钴溶液体积比为1∶1、溶析剂浓度为95%、溶液初始Co²⁺浓度为120 g/L、结晶温度为25℃条件下,硫酸钴结晶率达到98.27%,母液中Co²⁺浓度为1.36 g/L。本方法制备的硫酸钴与蒸发结晶工艺制备的硫酸钴相比,在溶解pH值、水不溶物、磁性物、油分等关键指标方面具有明显优势,满足GB/T 26523—2011《精制硫酸钴》优等品的要求。     

丁二酮肟沉淀分离-EDTA滴定法测定镍钴锰三元氢氧化物中镍

镍钴锰三元氢氧化物为制备锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂的主要原料,Ni含量是其比较重要的质量指标。若直接采用EDTA滴定法测定镍钴锰三元氢氧化物中Ni含量,共存的Co和Mn会对测定结果存在干扰。试验首先将镍钴锰三元氢氧化物样品用盐酸溶解,在微氨性的溶液中,以丁二酮肟为沉淀剂,Ni²⁺与丁二酮肟生成红色沉淀并实现与Co²⁺、Mn²⁺的分离;再将沉淀溶解,用EDTA滴定法测定Ni²⁺,从而建立了丁二酮肟沉淀分离-EDTA滴定测定镍钴锰三元氢氧化物中Ni含量的方法。对实验条件进行优化,确定沉淀剂用量为理论用量的1.9倍,沉淀初始pH值为8～9,陈化时间为30min,陈化温度为80℃,沉淀洗涤次数为6次。通过对模拟样品溶液测定表明,样品中Mg、Fe、Cu、Zn、Cr、Cd等微量杂质元素对Ni测定的干扰可忽略。对NCM111型、NCM622型、NCM811型镍钴锰三元氢氧化物中的Ni进行准确度考察,测定结果的相对标准偏差(RSD,n=11)在0.29%～0.48%之间,测定值与电感耦合等离子体原子发射光谱法(I...     

用硫酸从红土镍矿中常压浸出镍钴铁试验研究

研究了在常压下用硫酸浸出红土镍矿,考察了硫酸浓度、浸出时间、浸出温度和液固体积质量比对镍、钴、铁浸出率的影响。结果表明:在硫酸浓度2 mol/L、浸出时间120 min、浸出温度80℃、液固体积质量比11 mL/g条件下,镍、钴、铁浸出率分别为96.27%、92.2%、81.57%;不同温度下,镍的浸出过程符合收缩核模型;根据阿伦尼乌斯公式,该浸出反应活化能为25.867 kJ/mol,浸出反应受混合过程控制。     

酸析法结晶钴铜矿浸出反萃液中的硫酸铜

采用酸析法结晶钴铜矿浸出反萃液中硫酸铜。结果表明,沉淀3h,结晶率可达第一个最大值80%左右,沉淀5h,结晶率下降至70%左右,此后随着反应时间的增加,结晶率增加;结晶过程随着溶液温度的降低,结晶率上升;结晶过程随着硫酸用量的增加,结晶率先升高后降低;结晶过程随着铜反萃液中Cu~(2+)浓度的增加,结晶率增加。最佳工艺条件为:室温、每100mL铜反萃液中加入30mL硫酸、沉淀3h,结晶率超过80%。结晶母液可循环利用,不会带来环境污染。     

低氯微米级氢氧化钴的制备

有机钴盐如醋酸钴、环烷酸钴等由醋酸、环烷酸与氢氧化钴中和反应制得,有机钴合成用的氢氧化钴要求为微米级、无氧化、氯含量低。研究了合成有机钴所需的低氯、微米级氢氧化钴的制备方法,考察了氨络合作用、料液加入顺序、还原剂、累计生长时间等参数对产品中氯含量、微观结构、氧化程度的影响。以水合肼为还原剂,钴液、氨水、液碱并流加入反应釜,控制反应pH为10.5~11.5、铵根质量浓度为6~9 g/L,晶体生长40 h后,得到玫瑰红色的氢氧化钴产品,其微观结构为六方晶体,氯质量分数为0.017%。     

工业硫酸镍生产技术进展

含镍原料主要有产品、原矿、冶炼副产、废料等4类。含镍原料不同,生产工业硫酸镍的工艺技术也有很大的差别。根据制备工业硫酸镍的研究进展和生产现状,本文将上述4类原料进一步细分为10种,产品分为金属镍、羰基镍,原矿分为硫化镍矿、红土镍矿,冶炼副产分为粗制硫酸镍、退镀废液/电镀污泥和酸洗污泥,含镍废料分为废催化剂、电池废料和废合金。本文以含镍原料为出发点,对各种含镍原料制备工业硫酸镍的生产技术进行了综述,特别详细地介绍了各生产技术中浸出和精炼工艺的进展,同时结合现有技术工艺提出了理论可行的技术路线;根据对各种原料生产企业的实地考察,总结了工业硫酸镍现有工业化的生产情况;最后展望了工业硫酸镍制备的发展方向。