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湖南有色金属研究院多个锂离子电池正极材料项目获奖

1.钠盐体系生产高密度球形四氧化三钴的研究与应用

四氧化三钴是合成锂离子电池正极材料钴酸锂的主要原料之一,其性能和价格决定着钴酸锂的综合性能和生产成本。目前我国四氧化三钴生产工艺主要为铵盐体系从氯化钴盐中生产,该工艺是湖南有色研究院所属湖南美特新材料有限公司于2004年在国内首先提出,并于2005年在株洲海达新材料有限公司以技术入股生产电池级四氧化三钴,也是国内首家用钴盐作原料生产四氧化三钴的企业。当时产品处于国内领先水平,2006年被湖南省科技厅认定为“高新技术产品”。但该工艺存在着钴直收率低、大量高浓度氨氮废水难处理等一系列问题,阻碍其发展和应用。此外,随着锂离子电池的飞速发展和钴资源的逐渐消耗,必然要求拓宽四氧化三钴生产原料来源,降低生产成本,提高产品综合性能。因此,环境友好型、资源节约型生产工艺和低成本、高性能产品,成为四氧化三钴的发展趋势。

我国钴资源大部分依靠进口,每年自产钴量不到1 000 t,而湿法炼锌厂每年堆存的含钴锌渣中含钴量高达210 t以上,至今还没有从此渣中经济有效地回收钴和锌的方法,造成极大的资源浪费和环境污染。

经湖南有色研究院所属湖南美特新材料有限公司创造性地采用钠盐体系替代铵盐体系生产电池级四氧化三钴,彻底解决了氨氮废水的污染问题,并将钴的直收率提高了1.5%,降低了生产成本;首次提出以含锌钴渣为原料,制备含锌四氧化三钴,直接应用于掺锌钴酸锂工艺,合成高性能含锌钴酸锂,既实现了钴酸锂原料预掺杂的目的,又解决了钴资源浪费和重金属离子污染环境的问题,达到了含锌钴渣综合回收利用的目的。

产品四氧化三钴主要性能指标达国内领先水平:形貌为类球形,D50为7.0～9.0μm,粒径呈正态分布,振实密度≥2.9 g/cm3。

本项目成果于2010年4月通过由湖南省科技厅组织的专家鉴定,鉴定意见为“该项目整体技术水平居国内领先水平”,并于2010年11月获中国有色金属工业科技进步二等奖。

2.钴酸锂生产过程中间物料布袋尘产品化研究与应用

LiCoO2是目前工艺最成熟、应用最广泛的锂离子电池正极材料,由于现商用钴酸锂要求粒度为D50:6.0～12.0μm,在生产过程中须采用破碎-分级工序,该工序产生一定量的细小颗粒,该颗粒在生产实践中用布袋收集而称布袋尘。该尘粒度小(D50:1.0～2.5μm),振实密度低(＜1.7 g/cm3),比表面积大(＞1.0 m2/g),制作的电芯体积比容量低、安全性能差。而布袋尘的传统处理方案有两种:一是外销,将其卖给小型电芯厂,使不安全的电芯流通到市场;二是重新化学溶解分离回收其中的锂、钴。该处理方式工序繁琐,所耗成本巨大。再加上钴在回收过程中回收率低,环境污染大。因此,这两种处理方式无论对环境还是对社会均造成了不利影响。

在现有钴酸锂生产工艺流程不变的情况下,经湖南有色研究院所属湖南美特新材料有限公司创造性地采用布袋尘返回生产主流程的二次合成工序并添入一种无污染离子的添加剂,使布袋尘颗粒长大,最终产品综合性能与公司正常钴酸锂产品性能一致,从而有效解决了布袋尘加工性能差、难处理等问题。

经处理后的布袋尘物料综合性能如下:(1)粒度D50为10～12μm;振实密度2.8 g/cm3以上;比表面积在0.2～0.6 m2/g之间,安全性能好;(2)电性能:初始放电比容量(1 C)145 mAh/g以上,初始放电平台时间＞50 min;循环性能良好。

本项目成果于2010年4月通过由湖南省科技厅组织的专家鉴定,鉴定意见为“该项目整体技术水平居国内领先水平”,并于2010年11月获中国有色金属工业科技进步三等奖。