快速连续化新工艺制备纳米花LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2及反应机理研究

Hydroxide co-precipitation method is employed to prepare nano-flower like LiMO2 (M=Ni, Mn, Co) cathode materials in this proposal. The mechanism of crystal growth is studied, and the related reaction dynamic model is also simulated. We plan to design a novel continuous jet crystal reactor to achieve a fast and continuous preparation process for nano-flower shape cathode materials. Also, the fluid mechanics, heat transfer and mass transfer calculations of multiple-phase are carried out to discuss the effect on the cathode materials structure and electrochemical performance, and provide corresponding amplification scheme of equipment and preparation process.

采用氢氧化物共沉淀法制备纳米花三元正极材料，研究这种特殊结构三元材料的晶体生长机理，进行反应结晶动力学模拟。开发一种快速、连续化的纳米花三元材料制备新工艺，设计连续射流反应结晶器，进行多相流体力学、传热、传质的模拟计算，研究其对纳米花三元正极材料结构和性能的影响规律，提出工艺及设备放大方案。

三元正极材料容量高、振实密度高、加工性能好，是高能量密度锂离子电池的首选正极材料。粒径和形貌是影响三元材料综合性能的重要因素，因此针对不同性能要求实现粒径、形貌的可控制备对三元材料意义重大。.纳米花三元正极材料以较薄的纳米片紧密连结在一起形成纳米花形貌，锂离子进出纳米片路径短、面积大倍率性能好，同时纳米花分散性好不易团聚材料加工性能好。项目以纳米花三元材料为研究对象，对比了多种制备方法、系统研究了工艺参数对材料颗粒、形貌及电化学性能的影响，并进行了优化，最终制得电化学性能优异的纳米花三元正极材料，3C放电容量接近150mAh/g, 10C放电容量高达135mAh/g以上。进行了放大实验发现随着反应器体积增大纳米片的厚度增加，纳米花变成以一次粒径为块状堆砌成的球形颗粒。系统研究了三元材料结晶过程中流体力学、三传现象等对材料形貌和粒径的影响因素，并进行了相关模拟和计算，对材料的结晶过程做出了合理的解释。根据结晶过程的机理提出了反应器要求，进行设计自制了连续反应系统，最终进行了连续化工艺实验获得对产业化有重要指导意义的数据。.三元材料结晶过程的研究对于产品颗粒和形貌的控制以及生产中反应器的设计有重要意义，同时连续化工艺的提出对于提高材料的批次稳定性和降低成本具有重要启示。.项目在Advanced Materials, Advanced Energy Materials等著名刊物发表SCI论文32篇，申请发明专利9项。