烧成气氛 增加氧分压的方法
核心提示:烧成气氛一般分为氧化、还原、中和三种。从化学反应式(1)和化学反应式(2)可以看出,三元材料的煅烧过程是氧化反应,需要消耗氧气。在扩散控制的三元材料的煅烧中,气氛的影响与扩散控制因素有关,与气孔内气体的扩散和溶解能力有关,三元材料煅烧过程中,是由阳离子扩散速率控制的,因此,在氧化气氛中煅烧,表面会聚集大量的氧气,使阳离子空位增加,有利于阳离子扩散的加速和促进煅烧,所以,三元材料的煅烧过程中要确保有足够多的氧分压。
烧成气氛一般分为氧化、还原、中和三种。从化学反应式(1)和化学反应式(2)可以看出,三元材料的煅烧过程是氧化反应,需要消耗氧气。在扩散控制的三元材料的煅烧中,气氛的影响与扩散控制因素有关,与气孔内气体的扩散和溶解能力有关,三元材料煅烧过程中,是由阳离子扩散速率控制的,因此,在氧化气氛中煅烧,表面会聚集大量的氧气,使阳离子空位增加,有利于阳离子扩散的加速和促进煅烧,所以,三元材料的煅烧过程中要确保有足够多的氧分压。
增加氧分压的方法有:①增加进气量和增加排气量,稀释反应产生的气体浓度;②减少煅烧量从而减少庞气的量;③纯氧气煅烧。综合生产成本来考虑,在提高产能的同时,厂家一般会选择增加进气量和排气量的方法来增加氧气分压。
使用碳酸锂为锂源时,煅烧反应过程中会有二氧化碳和水蒸气产生;使用单水氢氧化锂为锂源时,则只产生水蒸气。按照化学反应方程式(1)和式(2)可以计算出反应过程中的理论耗氧量和产气量。以NCM523为例,计算煅烧出lkg NCM523所需要的氧气和产生的气体量见表。
从表中可以看出,锂源为碳酸锂时,每公斤成品的产物为5.2mol的CO2和10.4mol的水蒸气,锂源为氢氧化锂,每公斤成品的产物为26mol的水蒸气。不同的锂源消耗的氧气相同。按照气体体积公式,在标准态下,每摩尔气体的体积是22.4L。将理论耗氧量和废气产生量计算成标准态下的体积,5.2mol二氧化碳体积为116.5L,10.4mol水蒸气体积为233L,26mol水蒸气体积为582L,2.6mol的氧气体积为58L,对应空气为278L。煅烧过程中的产气体积大于耗气体积,所以在煅烧过程中既要保证产生的废气及时排出,也要保证有足够的氧气供应。若废气排出不及时或氧气短缺,会造成煅烧炉的炉膛内氧分压不断降低,反应平衡向左移动,导致反应速度的减慢,不利于晶粒的生成以及长大。最终会导致反应不完全,髟响材料性能。
将前驱体和锂源混合均匀后做DSC分析,可以找到煅烧过程中开始产生气体的温度和消耗氧气的温度,在这些特定的温度区间,应补充足够的氧气,及时排出废气,保证反应正常进行。
增加氧分压的方法有:①增加进气量和增加排气量,稀释反应产生的气体浓度;②减少煅烧量从而减少庞气的量;③纯氧气煅烧。综合生产成本来考虑,在提高产能的同时,厂家一般会选择增加进气量和排气量的方法来增加氧气分压。
使用碳酸锂为锂源时,煅烧反应过程中会有二氧化碳和水蒸气产生;使用单水氢氧化锂为锂源时,则只产生水蒸气。按照化学反应方程式(1)和式(2)可以计算出反应过程中的理论耗氧量和产气量。以NCM523为例,计算煅烧出lkg NCM523所需要的氧气和产生的气体量见表。
从表中可以看出,锂源为碳酸锂时,每公斤成品的产物为5.2mol的CO2和10.4mol的水蒸气,锂源为氢氧化锂,每公斤成品的产物为26mol的水蒸气。不同的锂源消耗的氧气相同。按照气体体积公式,在标准态下,每摩尔气体的体积是22.4L。将理论耗氧量和废气产生量计算成标准态下的体积,5.2mol二氧化碳体积为116.5L,10.4mol水蒸气体积为233L,26mol水蒸气体积为582L,2.6mol的氧气体积为58L,对应空气为278L。煅烧过程中的产气体积大于耗气体积,所以在煅烧过程中既要保证产生的废气及时排出,也要保证有足够的氧气供应。若废气排出不及时或氧气短缺,会造成煅烧炉的炉膛内氧分压不断降低,反应平衡向左移动,导致反应速度的减慢,不利于晶粒的生成以及长大。最终会导致反应不完全,髟响材料性能。
将前驱体和锂源混合均匀后做DSC分析,可以找到煅烧过程中开始产生气体的温度和消耗氧气的温度,在这些特定的温度区间,应补充足够的氧气,及时排出废气,保证反应正常进行。
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