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碳酸鈣在新能源電池生產中的10個關鍵作用

   2024-01-18 粉體網3020
核心提示:碳酸鈣在電池中有什么作用?似乎碳酸鈣常見應用領域并未提及。據粉體網編輯整理,碳酸鈣可作為多種功能性添加劑應用在電解質、隔膜、三元材料及磷酸鐵材料生產與回收、電池涂層、包裝、熱平衡系統等各個環節。
      碳酸鈣在電池中有什么作用?似乎碳酸鈣常見應用領域并未提及。據粉體網編輯整理,碳酸鈣可作為多種功能性添加劑應用在電解質、隔膜、三元材料及磷酸鐵材料生產與回收、電池涂層、包裝、熱平衡系統等各個環節。



1、有機-無機雜化微球為添加劑


     減少枝晶的鋅沉積是有效改善水系鋅離子電池電化學性能的重要途徑。進行電解液添加劑改性是有效的減少鋅枝晶生長的方法,能夠顯著改善電解液界面性質,對電池庫倫效率,提高循環壽命,調控鋅離子沉積有重要作用,具有讓人不可忽視的意義。

     華南師范大學公開了一種有機無機雜化微球及其作為電解液添加劑在鋅離子電池中的應用。本發明提供了一種有機無機雜化微球為添加劑,該有機-無機雜化微球作為電解液添加劑在鋅金屬沉積過程中吸附在鋅負極表面原位形成功能化保護層,該功能化保護層可有效的抑制析氫反應,誘導鋅離子均勻成核,調控鋅負極的沉積取向,抑制水系鋅離子電池中鋅負極枝晶的生長,從而提高水系鋅離子電池的庫倫效率和循環壽命。在水系鋅離子電池中,包括該有機無機雜化微球的電解液配合高性能電池正極材料和鋅負極,有助于加快推進水系鋅離子電池的產業化。所述無機納米顆粒為二氧化硅、二氧化鈦、氧化鋁、納米碳酸鈣中至少一種;形成有機高分子殼的單體為四乙烯基吡啶、苯乙烯磺酸鈉、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、乙烯基咪唑中至少一種。


2、三元鋰電池正極材料回收轉化劑



     近年來,隨著新能源汽車的發展和技術迭代更新,產生了大量報廢的三元鋰電池材料,報廢的三元材料經放電拆解后加硫酸溶解,進而通過萃取工藝回收其中的鎳、鈷、錳等貴重金屬,考慮到生產成本和經濟效益,萃取余液則通過加磷酸鈉的方式將其中的鋰以粗磷酸鋰的形式沉淀下來,達到回收鋰的目的。但通過這種方式得到的粗磷酸鋰由于雜質含量高且附著有大量有機物,無法被直接利用,需要經過提純或轉化才能應用于鋰電池材料的生產。

      百杰瑞(荊門)新材料有限公司公布了一種由三元鋰電池正極材料中回收的磷酸鋰制備電池級磷酸鋰的方法。本發明以碳酸鈣為轉化劑,不僅可以在高溫下去除磷酸鋰原料中殘留的有機物,且釋放出大量二氧化碳氣體,可使得物料蓬松多孔,便于后續反應;在煅燒過程中變成氧化鈣,通蒸汽后直接反應變成難溶于水的磷酸鈣和易溶于水的氫氧化鋰,且在此過程中可將原料中少量的鎳、鈷、錳、鐵、銅、鎂等金屬變成對應的不溶于水的氫氧化物,將轉化和除雜過程融為一體;水浸除雜后過濾得氫氧化鋰水溶液,加磷酸沉磷酸鋰,沒有引入新雜質,母液可以循環套用,經濟性、環保性較高。


3、作為沉淀劑制備磷酸鐵


     工業上合成磷酸鐵的主要方法為沉淀法,沉淀法制備磷酸鐵具有設備要求低、成本較低等優點,通過控制反應條件可以制得較理想的電池級磷酸鐵,易實現大規模工業化生產。
     正太新材料科技有限責任公司公開了磷酸鐵的制備方法及磷酸鐵。采用氯化鐵和碳酸鈣為原料,無需雙氧水氧化,與傳統沉淀法必須采用液堿或氨水作為沉淀劑相比,沉淀成本會大幅度縮減。利用形成的羥基鐵中間產物與磷酸反應,避免了沉淀劑與氯化鐵直接接觸產生局部堿濃度過高而導致粒子不均勻等問題,制備的磷酸鐵的鐵磷比更接近于1,進一步制備得到的磷酸鐵鋰電池的容量也會更高。


4、鋰電池隔膜涂層材料


     目前大多數隔膜(例如聚烯烴隔膜)的熔點較低,會在一定程度上影響電池的安全性能和使用環境,常見的處理方法是在隔膜表面涂覆耐溫材料,來提升隔膜的熱熔點,進而保證電池的安全性能和使用性能。但涂覆材料所用的涂覆粒子會導致隔膜具有較低的離子電導率,進而降低隔膜的電化學性能。
     合肥長陽新能源科技有限公司公開了一種涂覆型鋰電池隔膜及其制備方法和鋰電池,該涂覆型鋰電池隔膜包括多孔基膜和涂覆于多孔基膜一側或兩側的涂層,該涂層的材料包括涂覆粒子,涂覆粒子為鹵化改性碳酸鈣。碳酸鈣晶格結構中存在大量空位,通過對碳酸鈣進行鹵化改性,能夠在其晶格結構中引入鹵素粒子,占據其空位,形成離子鍵或極性鍵,并產生額外的導電載流子,從而增加離子電導率。因此,選擇以鹵化改性碳酸鈣作為涂覆粒子在多孔基膜表面形成涂層,能夠使得獲得的鋰電池隔膜在具有較佳的熱性能的基礎上,其還具有較佳的力學性能和離子電導率。

5、提鋰制備鎳鈷錳三元前驅體


      目前,通常采用濕法回收廢舊鋰電池三元正極材料中的Li、Ni、Co、Mn,雖然回收效果較好,但是回收有價金屬Li時,后續加入碳酸鈉制備碳酸鋰會析出硫酸鋰,導致溶液中硫酸鈉等含量增加,制得的碳酸鋰純度較低;尤其在母液多次循環后,產品的質量會越來越差,為得到優質的碳酸鋰,需要使用大量的純水去洗滌,使系統體積增大,難以正常運行。此外,大量的洗水還會帶走很多碳酸鋰,從而降低鋰的回收率。
     甘肅睿思科新材料有限公司公開了一種將廢舊鋰電池三元正極材料優先提鋰制備鎳鈷錳三元前驅體的方法,通過火法優先提鋰,加入氫氧化鈣或氧化鈣制得電池級的氫氧化鋰,然后再使用濕法方法回收有價金屬Ni、Co、Mn,得到鎳鈷錳三元前驅體。本發明選擇性提鋰時制備成氫氧化鋰,由于氫氧化鋰在常溫下的溶解度很高,約為120g/L,是碳酸鋰溶解度的9-10倍,對系統水處理能力的要求大幅降低,且蒸發量大大減小,降低了能耗,縮減了生產成本。

6、防熱失控膠囊


為減少電池短路、火災、爆炸等安全隱患,常采用阻燃劑與電解液混合的方式提升安全系數,但是這種方式會直接影響電池電解液的導離子效率。如果使用膠囊方法將電解液與阻燃劑隔離,則不會影響電解液的傳導效率。但是,這種膠囊裝置卻存在著不易提前放置在電池中的技術問題。
      江蘇天合儲能有限公司公開了一種防熱失控膠囊及其制造工藝、防熱失控電池及其制造方法,所述膠囊外殼的材質為經過碳酸鈣和硬脂酸改性的聚乙烯,所述防熱失控材料為紅磷。防熱失控膠囊的膠囊外殼通過水浴加熱法提高碳酸鈣的擴散能力,防止碳酸鈣團聚,提高膠囊機械穩定性,使得膠囊能夠從注液孔塞入而不會產生破裂。防熱失控膠囊制作電池后可以在溫度過高時融化,釋放防電池熱失控材料。


7、固體氧化物燃料電池熱平衡系統


     固體氧化物燃料電池(SOFC)是一種能在600-1000℃下將化學能轉化為電能的全固態發電裝置,可使用氫氣、天然氣、甲醇、乙醇等作為燃料,產物為二氧化碳和水,單電池發電效率大于60%。目前存在SOFC熱電聯供系統重整裝置能耗高、二氧化碳無法從尾氣中分離的問題。因此,本領域亟需研究一種新型SOFC系統,以實現節能減排。
     西安交通大學公開了一種用于碳捕捉的固體氧化物燃料電池熱平衡系統,包括預重整模塊、固體氧化物燃料電池、氧化模塊、還原模塊、余熱利用模塊、碳捕捉模塊和水處理模塊。本公開還揭示了一種基于固體氧化物燃料電池熱平衡的碳捕捉方法,包括:在預重整模塊中利用氧化鈣吸收重整生成的二氧化碳,重整產物進入固體氧化物燃料電池陽極發電;利用在氧化模塊中反應釋放的熱量對貧氧空氣加熱;利用在還原模塊中反應釋放的熱量分解碳酸鈣和加熱固體氧化物燃料電池陽極尾氣,并利用余熱利用模塊對尾氣中的熱量利用后實現冷卻水和二氧化碳的分離,其中,冷卻水進入水箱循環利用,二氧化碳進入碳捕捉模塊。


8、造孔劑



     氧化物固態電解質應用于固態電池時,與正負極活性物質的接觸為固固接觸,是點與點的接觸,界面接觸阻抗較大,這也是影響氧化物固態電解質應用的主要障礙之一,使得全固態電池無法實際應用。通過制備多孔型固態電解質,可增大電極與電解質之間接觸面積,可以實現降低界面阻抗的目的。

     河北光興半導體技術有限公司公開了一種多孔氧化物固態電解質及其制備方法和應用、鋰離子電池。本發明的制備方法包括:(1)將含有氧化物固態電解質原料和造孔劑的第一混合物壓制成片,得到固體電解質片A;(2)將所述固體電解質片A進行煅燒,得到固體電解質片B;(3)將所述固體電解質片B與酸溶液進行接觸混合,得到固體電解質片C;(4)將所述固體電解質片C進行干燥處理,得到所述多孔氧化物固態電解質。本發明提供的方法制備得到多孔氧化物固態電解質應用于鋰離子電池后具有較好的倍率性能。所述造孔劑選自碳酸鎂、堿式碳酸鎂、碳酸鈣、碳酸氫鈣中的至少一種。


9、電池組件用粉末涂料



     粉末涂料具有優異的絕緣性能、阻燃性能、防腐蝕性能和具備較高的熱壽命溫度等特點,取代傳統橡膠熱縮套產品應用于電池銅排的絕緣防護層上,可實現絕緣、阻燃性能提升。

     浙江明泉工業涂裝有限公司公開電池包用高包覆絕緣阻火隔溫粉末涂料,其原料按質量份包括:酚醛改性環氧樹脂30-60份,雙酚A環氧樹脂10-30份,樹枝狀聚酰胺胺5-10份,N-羥基琥珀酰亞胺1-2份,氧化石墨烯1-2份,酚類固化劑1-5份,流平劑1-2份,重質碳酸鈣1-3份,云母粉1-3份,沉淀二氧化硅1-5份,硅灰石1-5份,阻燃劑3-8份,催干劑1-2份,消煙劑1-3份,增塑劑1-2份,抗氧劑1-2份,顏料1-2份。本發明公開上述電池包用高包覆絕緣阻火隔溫粉末涂料的制備方法。本發明經固化形成的涂層具有優異的柔韌性、較強的附著性,在震動環境下使用時,不易發生開裂、脫落現象,同時具有耐老化、耐雨水侵蝕特性,絕緣穩定性能優異。


10、有機硅密封膠



      有機硅密封膠為中性固化硅酮膠,對絕大多數材料均具有較好的粘接性,并具有良好的耐高低溫性能,耐溫范圍為45℃至350℃,電氣性能優良,防潮防電暈,抗震耐老化,廣泛用于工業與電子電器的粘接和密封。

     山東沃賽新材料科技有限公司公開了一種新能源汽車電池包用導熱有機硅密封膠的制備方法,所述制備方法由以下步驟組成:制備納米有機框架材料,制備導熱填料,混合;所述制備納米有機框架材料,由以下步驟組成:制備改性碳酸鈣,復合;所述復合,將1,3,5-三(4-氨基苯基)苯、對苯二甲醛、無水乙酸、乙腈、改性碳酸鈣混合后進行超聲震蕩,超聲震蕩結束后在25-30℃下攪拌,加入苯甲醛,繼續攪拌,過濾,清洗濾渣,然后將濾渣烘干,得到納米有機框架材料;本發明能夠在提高有機硅密封膠的機械強度、導熱性、固化速度的同時,保證有機硅密封膠的流動性、粘結性、耐化學性不會降低。


結語


     于碳酸鈣在電池材料中的應用研究,近幾年逐漸增多,主要是用作填充材料和功能性添加劑,尤其是作為添加劑納米碳酸鈣與改性碳酸鈣逐漸顯露出一些特殊功能。


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