一种高镍正极材料前躯体热分解起始温度迁移方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种高镍正极材料前躯体热分解起始温度迁移方法及系统，基于化学反应机理与专家知识对高镍正极材料微观化学反应过程进行细分；根据分段结果对高镍正极材料烧结过程中参与热分解反应的各化学物单质进行的反应分别进行研究；利用单质与混合料反应过程的相似性，对混合料反应的化学机理进行分析；根据非等温热重实验、差示扫描量热法热分析实验的数据和资料，研究单质与混合料反应过程之间的差异部分，根据其差异部分，结合相关机理分析，寻找各反应之间的耦合部分。本发明专利技术获取了高镍正极材料中前驱体热分解起始温度的变化规律，为后续分析物料的物相变化和去向追踪，提高烧结效率，改善产品性能提供了依据。改善产品性能提供了依据。改善产品性能提供了依据。

【技术实现步骤摘要】
一种高镍正极材料前躯体热分解起始温度迁移方法及系统


[0001]本专利技术涉及高镍正极材料的制备
，尤其公开了一种高镍正极材料制备过程中前驱体热分解起始温度迁移方法及系统。

技术介绍

[0002]随着社会的进步和发展，现阶段人口在持续不断地增加，而能源确实是有限的，能源危机也在逐渐加剧。其次，人们进行生产过程中所产生的能源浪费和环境污染也是一直难以解决的重要问题。因此，人们需要不断优化和完善能源的利用方式和生产生活方式。锂离子电池对解决环境污染和资源匮乏等问题具有重要作用，具有高比容量，无污染等优点，是未来最重要的储能装置之一，从而引起研究热潮。在锂离子电池中，正极材料又扮演重要角色，是其发展的关键。制备高容量、热稳定性好、倍率性能好、使用周期长，价格低廉的高性能正极材料成为近年来的重要研发任务。同时锂离子锂电池三元正极材料的应用和开发对于新能源使用和新能源汽车的推广和普及有着至关重要的影响。
[0003]金属氧化物是应用最广泛的材料之一，一个特别的例子是高镍过渡金属层状氧化物，这是锂离子电池的阴极材料，多阳离子层状氧化物LiNi
x
Mn
y
Co
z
O2在锂离子电池、电动汽车等领域大规模应用。高镍正极材料(如LiNi
0.8
Co
0.1
Mn
0.1
O2)由于具有高容量的优点，成为锂离子电池正极材料中最有潜力的材料之一。
[0004]在实际生产过程中通常使用辊道窑对高镍正极材料进行长时间的高温煅烧。在辊道窑中，烧结环境一般包含升温段、恒温段和降温段，每个温段又分为多个温区，温区之间的环境条件互相耦合影响。同时，每个温区发生的反应也不相同，烧结产品的质量与每个温区的温度、气氛、烧结时间等因素息息相关。经过数小时的煅烧以及复杂的物理化学反应变化，才能最终得到需要的烧结产品。而目前并没有针对高镍正极材料烧结过程耦合反应分析，前驱体在与锂源混合后的反应过程机理和研究方法都不明确。
[0005]因此，现有技术并没有针对高镍正极材料烧结过程的耦合反应分析，前驱体在与锂源混合后的反应过程机理和研究方法都不明确，是目前亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种高镍正极材料前躯体热分解起始温度迁移方法及系统，旨在解决现有技术并没有针对高镍正极材料烧结过程的耦合反应分析，前驱体在与锂源混合后的反应过程机理和研究方法都不明确的技术问题。
[0007]本专利技术的一方面涉及一种高镍正极材料前躯体热分解起始温度迁移方法，包括以下步骤：
[0008]基于化学反应机理与专家知识对高镍正极材料微观化学反应过程进行细分；
[0009]根据分段结果对高镍正极材料烧结过程中参与热分解反应的各化学物单质进行的反应分别进行研究；
[0010]利用单质与混合料反应过程的相似性，对混合料反应的化学机理进行分析；
[0011]根据非等温热重实验、差示扫描量热法热分析实验的数据和资料，研究单质与混合料反应过程之间的差异部分，根据其差异部分，结合相关机理分析，寻找各反应之间的耦合部分；
[0012]针对耦合部分进行研究，结合实验数据与化学机理，提出相应耦合部分的建模方法，得到反应耦合部分在不同升温速率下的变化关系，同时采用相应参数辨识方法，对反应耦合部分得到的函数关系内的参数进行求解。
[0013]进一步地，基于化学反应机理与专家知识对高镍正极材料微观化学反应过程进行细分的步骤中，针对长时间，情况复杂多变的高镍正极材料烧结过程，利用某升温速率下非等温热重实验得到的热重数据及差示扫描量热法热分析实验得到的单位热流率数据，结合化学机理与专家知识，将高镍正极材料热分解反应过程进行分段。
[0014]进一步地，根据分段结果对高镍正极材料烧结过程中参与热分解反应的各化学物单质进行的反应分别进行研究的步骤中，根据前期研究，利用前驱体单质单独反应的实验数据以及前驱体单质和锂源LiOH
·
H2O混合料反应的实验数据，得到前驱体单质在加入锂源前后的化学性质。
[0015]进一步地，根据非等温热重实验、差示扫描量热法热分析实验的数据和资料，研究单质与混合料反应过程之间的差异部分，根据其差异部分，结合相关机理分析，寻找各反应之间的耦合部分的步骤中，通过对比前驱体单质与混合料之间的差异，寻找高镍正极材料多反应之间耦合的部分。
[0016]进一步地，针对耦合部分进行研究，结合实验数据与化学机理，提出相应耦合部分的建模方法，得到反应耦合部分在不同升温速率下的变化关系，同时采用相应参数辨识方法，对反应耦合部分得到的函数关系内的参数进行求解的步骤中，针对寻找到的高镍正极材料微观多反应耦合部分展开研究，提出针对高镍正极材料前驱体热分解起始温度迁移部分的建模方法，建模方法如下式所示：
[0017]T
b
＝f(β)＝a*e
b*β
+c
[0018]其中，T
b
为混合料中前驱体热分解起始温度，β为升温速率，a、b、c为常数。
[0019]本专利技术的另一方面涉及一种高镍正极材料前躯体热分解起始温度迁移系统，包括：
[0020]细分模块，用于基于化学反应机理与专家知识对高镍正极材料微观化学反应过程进行细分；
[0021]第一研究模块，用于根据分段结果对高镍正极材料烧结过程中参与热分解反应的各化学物单质进行的反应分别进行研究；
[0022]分析模块，用于利用单质与混合料反应过程的相似性，对混合料反应的化学机理进行分析；
[0023]第二研究模块，用于根据非等温热重实验、差示扫描量热法热分析实验的数据和资料，研究单质与混合料反应过程之间的差异部分，根据其差异部分，结合相关机理分析，寻找各反应之间的耦合部分；
[0024]计算模块，用于针对耦合部分进行研究，结合实验数据与化学机理，提出相应耦合部分的建模方法，得到反应耦合部分在不同升温速率下的变化关系，同时采用相应参数辨识方法，对反应耦合部分得到的函数关系内的参数进行求解。
[0025]进一步地，细分模块中，针对长时间，情况复杂多变的高镍正极材料烧结过程，利用某升温速率下非等温热重实验得到的热重数据及差示扫描量热法热分析实验得到的单位热流率数据，结合化学机理与专家知识，将高镍正极材料热分解反应过程进行分段。
[0026]进一步地，第一研究模块中，根据前期研究，利用前驱体单质单独反应的实验数据以及前驱体单质和锂源LiOH
·
H2O混合料反应的实验数据，得到前驱体单质在加入锂源前后的化学性质。
[0027]进一步地，第二研究模块中，通过对比前驱体单质与混合料之间的差异，寻找高镍正极材料多反应之间耦合的部分。
[0028]进一步地，计算模块中，针对寻找到的高镍正极材料微观多反应耦合部分展开研究，提出针对高镍正极材料前驱体热分解起始温度迁移部分的建模方法，建模方法如下式所示：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高镍正极材料前躯体热分解起始温度迁移方法，其特征在于，包括以下步骤：基于化学反应机理与专家知识对高镍正极材料微观化学反应过程进行细分；根据分段结果对高镍正极材料烧结过程中参与热分解反应的各化学物单质进行的反应分别进行研究；利用单质与混合料反应过程的相似性，对混合料反应的化学机理进行分析；根据非等温热重实验、差示扫描量热法热分析实验的数据和资料，研究单质与混合料反应过程之间的差异部分，根据其差异部分，结合相关机理分析，寻找各反应之间的耦合部分；针对耦合部分进行研究，结合实验数据与化学机理，提出相应耦合部分的建模方法，得到反应耦合部分在不同升温速率下的变化关系，同时采用相应参数辨识方法，对反应耦合部分得到的函数关系内的参数进行求解。2.如权利要求1所述的高镍正极材料前躯体热分解起始温度迁移方法，其特征在于，所述基于化学反应机理与专家知识对高镍正极材料微观化学反应过程进行细分的步骤中，针对长时间，情况复杂多变的高镍正极材料烧结过程，利用某升温速率下非等温热重实验得到的热重数据及差示扫描量热法热分析实验得到的单位热流率数据，结合化学机理与专家知识，将高镍正极材料热分解反应过程进行分段。3.如权利要求1所述的高镍正极材料前躯体热分解起始温度迁移方法，其特征在于，所述根据分段结果对高镍正极材料烧结过程中参与热分解反应的各化学物单质进行的反应分别进行研究的步骤中，根据前期研究，利用前驱体单质单独反应的实验数据以及前驱体单质和锂源LiOH
·
H2O混合料反应的实验数据，得到前驱体单质在加入锂源前后的化学性质。4.如权利要求1所述的高镍正极材料前躯体热分解起始温度迁移方法，其特征在于，所述根据非等温热重实验、差示扫描量热法热分析实验的数据和资料，研究单质与混合料反应过程之间的差异部分，根据其差异部分，结合相关机理分析，寻找各反应之间的耦合部分的步骤中，通过对比前驱体单质与混合料之间的差异，寻找高镍正极材料多反应之间耦合的部分。5.如权利要求4所述的高镍正极材料前躯体热分解起始温度迁移方法，其特征在于，所述针对耦合部分进行研究，结合实验数据与化学机理，提出相应耦合部分的建模方法，得到反应耦合部分在不同升温速率下的变化关系，同时采用相应参数辨识方法，对反应耦合部分得到的函数关系内的参数进行求解的步骤中，针对寻找到的高镍正极材料微观多反应耦合部分展开研究，提出针对高镍正极材料前驱体热分解起始温度迁移部分的建模方法，建模方法如下式所示：T
b
＝f...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宁，陈嘉瑶，桂卫华，阳春华，刘洪臻，谢沐言，杨鹏，刘红杰，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：