锂电池正极材料 (CAM) 的煅烧
电池中的正极通常被称为“阴极”。在传统的锂离子电池中,锂钴氧化物用作阴极。然而,在过去的几年里,已经开发和使用了许多替代材料系统。
但大多数情况下,锂和氧仍然是系统的重要组成部分。只有钴通常被其他金属元素(如镍和锰)完全或部分取代。因此,大多数锂离子电池都可称为所谓的锂金属氧化物阴极。
锂金属氧化物以固体粉末形式生产。在选择粉末作为锂离子电池(LiB)阴极的合适材料方面,其微观结构、形态、粒度以及可能的污染程度和类型,都起着决定性作用。这些都会影响电池的电化学特性。尤其是能量密度,对电动汽车的行驶距离等具有重要意义,受上述微观结构参数的影响很大。
因此,必须精确调整阴极的微观结构。一方面需要选择正确的原材料,另一方面可以通过控制粉末的生产工艺来实现。顾名思义,金属锂氧化物是氧化锂和其他金属氧化物的混合晶体。在多个单独氧化物的混合物进行热处理后,形成混合晶体;在特定的气氛下,加热温度通常在800-1000 °C之间。而单独氧化物,又是通过在混合物中加入各种原材料而形成的。初始原料通常是锂和其他相应金属元素的氢氧化物或碳酸盐。
通过对这些初始材料进行热处理,水 (H2O)或二氧化碳 (CO2) 会在600-800°C的温度下释放出来;剩余的氧化物随后会通过进一步处理形成混合晶体。
基本上,在阴极的制造过程中,在第一步中从相同元素的相应氢氧化物或碳酸盐中提取各种氧化物,然后在第二步中,从这些氧化物中制备所需的混合晶体。
第一步中,两种固体反应生成第三种固体,并释放出气体,被称作煅烧。第二步称为烧结或固体扩散。只需具备开始反应所需的温度和初始材料,煅烧几乎不受时间影响。因此,阴极生产中热处理的第一步相对较快。另一方面,形成混合晶体的扩散过程则与时间密切相关,持续时间更长。对于某些生产商来说,这两个步骤是在一个工序中相继进行的;但对于另一些生产商来说,煅烧产品首先要冷却,然后在一个单独的热处理工序中烧结。