三元正极材料生产工艺

镍钴锰三元正极材料

行业研究报告

二○一一年九月二十四日

三元正极材料行业研究报告

目 录

一、三元正极材料介绍......................................................................................................................... 2

1.1 三元正极材料简介................................................................................................................. 2 1.2 三元材料的结构特征............................................................................................................. 3 1.3 三元材料的分类.............................................................

在自然界中，锂元素是最轻的金属，它的原子量为6.94g/mol，ρ=0.53g/cm-3，电化学当量最小，为0.26 g·Ah-1，标准电极电位最负，为-3.045 V，锂元素的这些特点决定了它是一种具有很高比能量的材料。

层状的Co02，其理论容量为274 mAh／g，实际容量在140～155 mAh／g。其优点为：工作电压高，充放电电压平稳，适合大电流放电，比能量高，循环性能好。缺点是：实际比容量仅为理论容量的50％左右，钴的利用率低，抗过充电性能差，在较高充电电压下比容量迅速降低。另外，再加上钴资源匮乏，价格高的因素，因此，在很大程度上减少了钻系锂离子电池的使用范围，尤其是在电动汽车和大型储备电源方面受到限制。

镍钴锰三元复合正极材料研究工作中面临的问题和不足

(1)合成工艺不成熟，工艺复杂。由于世界各国对于复合正极材料的研究最近几 年才开始，且材料中的Ni2+极难氧化成Ni3+，锰离子也存在多种氧化价态，因而合成层状结构的正极材料较为困难，尚未研究出最佳的合成工艺。由于大量掺入过渡金属元素等因素，复合正极材料的合成工艺相对复杂，需经过长时间的煅烧，并且大多只能在氧气气氛中，温度高于900℃的条件下合成出具有优异电化学性能的复合正极材

在自然界中，锂元素是最轻的金属，它的原子量为6.94g/mol，ρ=0.53g/cm-3，电化学当量最小，为0.26 g·Ah-1，标准电极电位最负，为-3.045 V，锂元素的这些特点决定了它是一种具有很高比能量的材料。

层状的Co02，其理论容量为274 mAh／g，实际容量在140～155 mAh／g。其优点为：工作电压高，充放电电压平稳，适合大电流放电，比能量高，循环性能好。缺点是：实际比容量仅为理论容量的50％左右，钴的利用率低，抗过充电性能差，在较高充电电压下比容量迅速降低。另外，再加上钴资源匮乏，价格高的因素，因此，在很大程度上减少了钻系锂离子电池的使用范围，尤其是在电动汽车和大型储备电源方面受到限制。

镍钴锰三元复合正极材料研究工作中面临的问题和不足

(1)合成工艺不成熟，工艺复杂。由于世界各国对于复合正极材料的研究最近几 年才开始，且材料中的Ni2+极难氧化成Ni3+，锰离子也存在多种氧化价态，因而合成层状结构的正极材料较为困难，尚未研究出最佳的合成工艺。由于大量掺入过渡金属元素等因素，复合正极材料的合成工艺相对复杂，需经过长时间的煅烧，并且大多只能在氧气气氛中，温度高于900℃的条件下合成出具有优异电化学性能的复合正极材

工业设计培训教案

设计基础部分之二——产品材料与生产工艺常识

一、教材分析：

通过本节学习，对工业设计涉及的塑胶和金属材料及其加工工艺有所了解和掌握；学习模具的一般常识。 二、教学内容：

1、塑胶和金属材料的种类、特性和加工工艺； 2、了解模具的基本知识。 三、教学重点、难点： 塑胶的表面处理工艺 四、教学准备：

充足的产品设计图片和实物。 五、教学时间： 3课时

六、教学过程：

1、 塑胶的种类（1课时）

塑 料 ABS 料 丙烯腈丙烯腈Acrylonitrile 丁二烯 Butadiene Styrene -苯乙烯 ABS

AS 料 丙烯腈 (SAN 料) -苯乙烯 改性 聚苯 乙烯 类

Acrylonitrile Styrene

AS(SAN)

BS(BDS) K料

丁二烯 -苯乙烯

Butadiene Styrene

BS(BDS)

ASA 料

丙烯酸苯乙烯 -丙烯睛

Acrylonitrile Styrene Acrylate copolymer

ASA

聚丙 烯类

PP (百折胶)

聚丙烯

Polypropylene

PP

PPC LDPE (花料,筒 料)

氯化聚 丙烯 低密度 聚乙烯

Chlorinated Polypropylene Low Density Polyethyle

工业设计培训教案

设计基础部分之二——产品材料与生产工艺常识

一、教材分析：

通过本节学习，对工业设计涉及的塑胶和金属材料及其加工工艺有所了解和掌握；学习模具的一般常识。 二、教学内容：

1、塑胶和金属材料的种类、特性和加工工艺； 2、了解模具的基本知识。 三、教学重点、难点： 塑胶的表面处理工艺 四、教学准备：

充足的产品设计图片和实物。 五、教学时间： 3课时

六、教学过程：

1、 塑胶的种类（1课时）

塑 料 ABS 料 丙烯腈丙烯腈Acrylonitrile 丁二烯 Butadiene Styrene -苯乙烯 ABS

AS 料 丙烯腈 (SAN 料) -苯乙烯 改性 聚苯 乙烯 类

Acrylonitrile Styrene

AS(SAN)

BS(BDS) K料

丁二烯 -苯乙烯

Butadiene Styrene

BS(BDS)

ASA 料

丙烯酸苯乙烯 -丙烯睛

Acrylonitrile Styrene Acrylate copolymer

ASA

聚丙 烯类

PP (百折胶)

聚丙烯

Polypropylene

PP

PPC LDPE (花料,筒 料)

氯化聚 丙烯 低密度 聚乙烯

Chlorinated Polypropylene Low Density Polyethyle

工业设计培训教案

设计基础部分之二——产品材料与生产工艺常识

一、教材分析：

通过本节学习，对工业设计涉及的塑胶和金属材料及其加工工艺有所了解和掌握；学习模具的一般常识。 二、教学内容：

1、塑胶和金属材料的种类、特性和加工工艺； 2、了解模具的基本知识。 三、教学重点、难点： 塑胶的表面处理工艺 四、教学准备：

充足的产品设计图片和实物。 五、教学时间： 3课时

六、教学过程：

1、 塑胶的种类（1课时）

塑 料 ABS 料 丙烯腈丙烯腈Acrylonitrile 丁二烯 Butadiene Styrene -苯乙烯 ABS

AS 料 丙烯腈 (SAN 料) -苯乙烯 改性 聚苯 乙烯 类

Acrylonitrile Styrene

AS(SAN)

BS(BDS) K料

丁二烯 -苯乙烯

Butadiene Styrene

BS(BDS)

ASA 料

丙烯酸苯乙烯 -丙烯睛

Acrylonitrile Styrene Acrylate copolymer

ASA

聚丙 烯类

PP (百折胶)

聚丙烯

Polypropylene

PP

PPC LDPE (花料,筒 料)

氯化聚 丙烯 低密度 聚乙烯

Chlorinated Polypropylene Low Density Polyethyle

2.3 生产工艺

2.3.1 内外墙乳胶漆生产工艺

水

粉尘

粉尘

投料桶 助剂、纤维素、消泡剂、分散剂、填料等高速分散 研磨 投料桶 成品 包装 入库 图1 内外墙乳胶漆生产工艺流程

生产工艺技术方案采用乳胶漆成熟调制工艺，即经过预分散、分散、调和、包装工序等。内外墙乳胶漆生产周期为1.5小时左右，每天生产12批，每批产量为2.75t。内外墙乳胶漆成品颜色为白色。

工艺过程如下：

（1）将计量的水加入投料桶，启动分散机，低速搅拌，加入适量多功能助剂，慢慢投入计量的纤维素，直至纤维素完全溶解；

（2）加入适量的消泡剂、分散剂、湿润剂，搅拌均匀。一次加入计量填料（钛白粉、滑石粉、重钙粉、高岭土）高速分散约30min，直至物料分散均匀；

（3）加入适量的成膜助剂，低速分散，慢慢加入计量的苯丙乳液，搅拌均匀，加入适量的增稠剂、抗冻剂，搅拌均匀；

（4）根据产品需要，将分散均匀的浆料通过管道进入砂磨机研磨，第一次研磨好的原料通过出料口进入另一个空的料桶中，研磨3～5次至细度为38μm左右为止；

（5）研磨后的物料由齿轮泵转至包装机进行包装后入库。 2.3.2 油化聚酯漆生产工艺

图2 油化聚酯漆生产工艺流程

油化聚酯漆采用间歇式投料生产

鞋底用聚氨酯材料的生产工艺

聚氨酯(PU)微孔弹性体鞋底材料于20世纪60年代末期在欧洲实现了工业化,70年代进入美国市场,80年代起在全球得到了迅猛发展。用微孔聚氨酯弹性体制作的鞋底具有强度高、弹性好、舒适、耐磨、耐折、耐油、耐腐蚀、质轻和防滑等特点,对地面的冲击具有缓冲作用,可制成各种颜色、不同品种的鞋底。主要品种有皮鞋、越野滑雪鞋、凉鞋、拖鞋、运动鞋、旅游鞋和抗静电、耐油的安全鞋等。 生产工艺:

1、PU鞋底原液的制备

原液可分为聚酯型和聚醚型两种。早年开发的为聚丙二醇体系,现多为聚酯型体系,因其性能不同,制备方法亦有所不同。 聚酯型PU鞋底原液的制备多采用预聚物法或半预聚物法,一般可制成双组分或三组分,A组分由部分聚酯、扩链剂、匀泡剂和发泡剂等组成,40e~70e混匀静止脱气而得。在全水发泡体系中,发泡剂为水,A组分中的水量必须测定,其含量一般为0.4%左右。B组分为部分聚酯多元醇与异氰酸酯反应制得的端异氰酸酯预聚物。聚酯相对分子质量为1500~2000为宜。异氰酸酯中,纯MDI与液化MDI之比为19B1。反应过程中,须加万分之一的抑制剂以阻碍副反应发生,一定温度下保温2h~3h即可,其中)NCO%控制在19%左右。C

三氯氢硅生产工艺 三氯氢硅的生产大多采用沸腾氯化法，主要包括氯化氢合成、三氯氢硅合成、三氯氢硅精制等工序。氯气和氢气在氯化氢合成炉内通过燃烧反应生成氯化氢，氯化氢气体经空冷、水冷、深冷和酸雾捕集脱水后进人氯化氢缓冲罐，然后送三氯氢硅合成炉。硅粉经过干燥后加入到三氯氢硅合成炉，与氯化氢在300℃左右的高温下反应，生成三氯氢硅和四氯化硅。生成的粗三氯氢硅气体经过旋风分离和除尘过滤后，进入列管冷凝器进行水冷和深冷，不凝气通过液封送入尾气洗涤塔，处理后达标排放，冷凝液蒸馏塔分离提纯，通常采用二塔连续提纯，一塔塔顶排低沸物，二塔塔底排高沸物四氯化硅，同时塔顶出三氯氢硅产品。

第一节 氯化氢合成工艺

9 a9 f: i% i5 I1 |' U9 E1.1氯化氢的性质

氯化氢是无色有刺激性气体，熔点为-114.2℃，沸点为85℃，比热容为812.24J\\kg℃，临界温度为51.28℃，临界压力为8266kPa。干燥的氯化氢气体不具有酸的性质，化学性质不活泼，只有在高温下才发生反应。氯化氢极易溶于水。在标准情况下1体积水可溶解500体积氯化氢，溶于水后即得盐酸。由于三氯氢硅生产主要需要氯化氢气体，所以本文对盐酸性质不做深入研究。

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二、二氧化硫催化氧化制硫酸 1. 生产方法和工艺过程

在硫酸生产历史上,出现过三种生产方法,即塔式法、铅室法和接触法。

(1)塔式法和铅式法 是古老的生产方法。在中间装填瓷圈的塔型结构的设备或中空的铅室中进行,所用催化剂是二氧化氮,氧化过程可用下列反应式表示: ＳＯ2＋ＮＯ2＋Ｈ2Ｏ＝Ｈ2ＳＯ4＋ＮＯ ＳＯ2＋Ｎ2Ｏ3＋Ｈ2Ｏ＝Ｈ2ＳＯ4＋２ＮＯ ２ＮＯ＋Ｏ2＝２ＮＯ2 ＮＯ2＋ＮＯ＝Ｎ２Ｏ３

由此制得的硫酸浓度只有65%～75%,仅用作生产肥料(如过磷酸钙等),工业应用因浓度不高而受到限制。而且含硝化物硫酸对设备的腐蚀相当严重。

(2)接触法 在20世纪50年代后建厂,现在基本上取代了塔式法和铅室法。该法是将焙烧制得的SO2与固体催化剂(开始是铂,后改用V2O5,现为含铯钒催化剂)接触,在焙烧炉气中剩余氧的参与下(通常还需配入适当空气或富氧以控制O2/SO2值恒定),SO2被氧化成SO3,后者与水作用可制得浓硫酸(98.5%)和发烟硫酸(含游离SO3 20%左右)。 接触法生产硫酸经过以下四个工序。

A 焙烧矿石(或硫磺)制备SO2化学反应式如下: ４ＦeＳ２＋１１Ｏ２＝２Ｆe２Ｏ３＋８ＳＯ２(硫铁矿焙烧)

Ｓ＋Ｏ２→ＳＯ２↑(硫磺焙