电池级碳酸锂的生产及其应用
来源：宝鄂实业
2019-02-17 18:50
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碳酸锂是锂盐工业的基础原料，不仅可以直接使用，还可以作为原料制备各种附加值高的锂盐及其化合物。高技术应用领域如彩色萤光粉、药用及锂电池等电子材料对碳酸锂质量的要求很高，工业级碳酸锂(GB/T11075-2003)必须通过精制除去其中的无机盐类等杂质才能达到各种不同专用品的质量指标要求。
根据电池级微粉碳酸锂专用产品的质量要求，结合市场需求，江苏省海洋化工工程技术研究中心进行了工业级碳酸锂精制电池级碳酸锂的工业试验、试生产，取得了良好效果，产品用于生产钴酸锂等电池材料获得了成功。
1碳酸锂的精制方法
工业级碳酸锂的生产方法有两种：一是采用传统的锂矿石，如锂辉石、锂云母等生产，二是采用含锂卤水，如盐湖卤水、地下卤水等生产。产品中均含有一定量的水溶性杂质和水不溶性杂质，不能满足电池级微粉碳酸锂质量要求，需要精制处理。根据原料的性质及杂质的种类，可采用不同的精制方法除去杂质。
以工业级碳酸锂为原料生产高纯碳酸锂，有苛化法、电解法、氢化分解法等。苛化法是将工业碳酸锂用石灰苛化，经除杂处理后转化成氢氧化锂，再用二氧化碳碳化制取高纯碳酸锂；电解法是用盐酸处理工业碳酸锂，除去酸不溶物和钙镁等杂质后，通过电解制得高纯氢氧化锂溶液，之后，利用二氧化碳碳化法制取高纯碳酸锂；氢化分解法是将碳酸锂转化成溶解度较大的碳酸氢锂，而大部分杂质(如Ca2+、Mg2+等)不被氢化，以不溶性碳酸盐的形式通过过滤除去，然后加热碳酸氢锂溶液制得高纯碳酸锂。
目前，我国工业级碳酸锂主要从智利和美国进口，且大多为卤水法产品。本中心根据市场供应的工业级碳酸锂产品的性质及含杂质的种类，经过实验室条件实验，确定了合适的工艺流程及工艺操作参数，并据此建成一套500t/a电池级碳酸锂生产装置。该装置可以根据不同用户需要，生产多种规格、多种粒径的高纯碳酸锂产品。生产工艺流程见图1、图2。
2产品质量及其应用
电池级微粉碳酸锂系白色粉末，体积质量2.11，熔点618℃，沸点735℃，微溶于水，不溶于醇，易溶于酸，主要用于电池行业制造钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂等电极材料，也用于充电锂电池中作非水溶液电解质等，具有良好的电化学性能，应用领域还在不断扩大。通过锂电池的充放电机理及实际过充现象的分析我们知道在过充电时，过量的锂离子从正极脱出，嵌入或沉积到电池负极上，使得两个电极的热稳定性变差，正极倾向于分解并释放化学能同时会产生大量的热，释放出氧气能够催化电解液的分解。当温度足够高时，将引起负极的化学反应，负极上沉积的活性金属锂与溶剂反应后放热，使化学能转换为热能，电池的温度将由此迅速升高，最终导致热失控而发生危险事故。
锂电池过充状态下的电流率也是影响电池过充性能的重要因素，尤其是高容量电池更是如此。这主要是由于电池中的锂与电池负极中的石墨碳形成LiC6n化合物，其的反应速度是一定的。在小电流充电时，不会形成锂原子堆积，因此比较安全。在大电流时形成锂原子速度会比形成LiC6n速度快，因此在此情况下会造成锂原子堆积，电池易产生负反应或形成锂枝晶，从而导致放出大量的热量而产生危险。
电池容量的大小会影响电芯的产热、散热速率，同样也是一个影响电池过充性能的重要因素。在相同的化学体系下，低容量电池过充性能会优于高容量电池，这也是为什么高容量锂电池相对不安全的原因之一。
根据上述失效分析，我们可以有针对性的采用热稳定性更好的材料（如有过充添加剂的电解液，在过充电时添加剂聚合，增加电池内阻，以降低发热量）来增加防过充性能，减小体密度在一定程度上也可以优化过充性能。对于终端电子产品设计者及使用者来讲，应尽量避免使电池大电流充电。
根据电池级微粉碳酸锂专用产品的质量要求，结合市场需求，江苏省海洋化工工程技术研究中心进行了工业级碳酸锂精制电池级碳酸锂的工业试验、试生产，取得了良好效果，产品用于生产钴酸锂等电池材料获得了成功。
1碳酸锂的精制方法
工业级碳酸锂的生产方法有两种：一是采用传统的锂矿石，如锂辉石、锂云母等生产，二是采用含锂卤水，如盐湖卤水、地下卤水等生产。产品中均含有一定量的水溶性杂质和水不溶性杂质，不能满足电池级微粉碳酸锂质量要求，需要精制处理。根据原料的性质及杂质的种类，可采用不同的精制方法除去杂质。
以工业级碳酸锂为原料生产高纯碳酸锂，有苛化法、电解法、氢化分解法等。苛化法是将工业碳酸锂用石灰苛化，经除杂处理后转化成氢氧化锂，再用二氧化碳碳化制取高纯碳酸锂；电解法是用盐酸处理工业碳酸锂，除去酸不溶物和钙镁等杂质后，通过电解制得高纯氢氧化锂溶液，之后，利用二氧化碳碳化法制取高纯碳酸锂；氢化分解法是将碳酸锂转化成溶解度较大的碳酸氢锂，而大部分杂质(如Ca2+、Mg2+等)不被氢化，以不溶性碳酸盐的形式通过过滤除去，然后加热碳酸氢锂溶液制得高纯碳酸锂。
目前，我国工业级碳酸锂主要从智利和美国进口，且大多为卤水法产品。本中心根据市场供应的工业级碳酸锂产品的性质及含杂质的种类，经过实验室条件实验，确定了合适的工艺流程及工艺操作参数，并据此建成一套500t/a电池级碳酸锂生产装置。该装置可以根据不同用户需要，生产多种规格、多种粒径的高纯碳酸锂产品。生产工艺流程见图1、图2。
2产品质量及其应用
电池级微粉碳酸锂系白色粉末，体积质量2.11，熔点618℃，沸点735℃，微溶于水，不溶于醇，易溶于酸，主要用于电池行业制造钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂等电极材料，也用于充电锂电池中作非水溶液电解质等，具有良好的电化学性能，应用领域还在不断扩大。通过锂电池的充放电机理及实际过充现象的分析我们知道在过充电时，过量的锂离子从正极脱出，嵌入或沉积到电池负极上，使得两个电极的热稳定性变差，正极倾向于分解并释放化学能同时会产生大量的热，释放出氧气能够催化电解液的分解。当温度足够高时，将引起负极的化学反应，负极上沉积的活性金属锂与溶剂反应后放热，使化学能转换为热能，电池的温度将由此迅速升高，最终导致热失控而发生危险事故。
锂电池过充状态下的电流率也是影响电池过充性能的重要因素，尤其是高容量电池更是如此。这主要是由于电池中的锂与电池负极中的石墨碳形成LiC6n化合物，其的反应速度是一定的。在小电流充电时，不会形成锂原子堆积，因此比较安全。在大电流时形成锂原子速度会比形成LiC6n速度快，因此在此情况下会造成锂原子堆积，电池易产生负反应或形成锂枝晶，从而导致放出大量的热量而产生危险。
电池容量的大小会影响电芯的产热、散热速率，同样也是一个影响电池过充性能的重要因素。在相同的化学体系下，低容量电池过充性能会优于高容量电池，这也是为什么高容量锂电池相对不安全的原因之一。
根据上述失效分析，我们可以有针对性的采用热稳定性更好的材料（如有过充添加剂的电解液，在过充电时添加剂聚合，增加电池内阻，以降低发热量）来增加防过充性能，减小体密度在一定程度上也可以优化过充性能。对于终端电子产品设计者及使用者来讲，应尽量避免使电池大电流充电。
