绿色化工研究部

绿色化工研究部围绕新能源和先进材料领域对高端装备、高端材料制备方法和分离工艺的需求，基于绿色反应分离科学与工程学科基础，开展高端产品高效转化利用的绿色化工技术研究，实现了锂电正极材料前驱体反应结晶新装备设计及大规模推广应用，完成了高性能钠离子电池钒基磷酸盐正极的结构调控与放大制备，开发了无水氟化氢变压耦合精馏提纯节能集成技术。

重点进展一：锂电正极材料前驱体反应结晶新装备设计及应用

发展锂电池新材料技术与产业是实现“双碳”战略的重要路径。高端前驱体和正极材料是锂电新能源产业的基石和发展重点。2018年前，高镍三元等高端前驱体和正极材料被欧日韩等垄断，气液固三相共沉淀反应结晶釜是制约高端前驱体工业生产的瓶颈。该技术攻克了气液固共沉淀反应结晶新装备柔性设计与数字化工程放大的关键技术，构建了气液固共沉淀制备前驱体过程的三相湍流、晶体成核/生长/溶解/聚并/破碎耦合的多尺度新模型和工业反应结晶新算法，发明定向控制产品性能的高效低能耗反应结晶新装备。率先实现三元和磷酸铁锂前驱体反应结晶装备柔性设计并分别数字化放大到30 m³和112 m³，成功用于华友等103家前驱体企业的2836套工业反应结晶装置，覆盖国内超过70%的三元前驱体厂家。该技术获得2023年度国家科学技术进步二等奖。

图1 锂电正极材料前驱体反应结晶新装备设计及应用

重点进展二：高性能钠离子电池钒基磷酸盐正极的结构调控与放大制备

钠离子电池凭借其资源丰富和成本优势，以及长寿命、低温、高功率及高安全等特性，在储能领域展现出了巨大的应用潜力。钒基磷酸盐正极因其优越的结构稳定性和良好的钠离子传输特性被认为是储能领域中极富前景的钠离子电池正极材料之一。然而，偏低的能量密度和较高的制备成本仍然是制约其产业化应用的关键。基于对材料晶体结构和储钠机理的认识，研究团队创新性地引入廉价的过渡金属Fe、Al和Mn等元素，激发V⁴+/V⁵+多电子反应电对的同时，抑制Mn³+带来的姜泰勒畸变并提升钠离子扩散动力学。基于此，构筑了多种新型的低成本、高能量密度和长循环特性的钒基磷酸盐正极，其中一项聚阴离子正极的专利技术已实现成果转移转化，并完成了百公斤级生产验证。以此为正极的Ah级圆柱电池可实现高达120 Wh/kg以上的能量密度，表现出良好的快充、低温、长循环及安全特性。过程工程所在聚阴离子正极的研究成果获中国颗粒学会自然科学奖一等奖。

图2 钠离子电池磷酸盐正极设计、性能调控及规模化制备

重点进展三：无水氟化氢变压耦合精馏提纯节能集成技术

无水氟化氢是氟化工产业的基础原材料，为众多氟化物的制备提供原材料氟气或直接以无水氟化氢为原料提供氟源，因性能优异被广泛应用于新能源、现代通信、新一代电子信息技术、新型显示技术等领域。针对我国无水氟化氢反应后分离提纯过程存在物耗能耗过高、产品质量不佳及生产污染严重等一系列工程化难题，研究团队通过对无水氟化氢提纯分离过程传质传热机理的剖析，建立了氟化氢精馏分离精准预测模型，开发了核心分离塔内件，开展了全工艺能量网络优化，突破了变压耦合无水氟化氢提纯精馏技术，实现了无水氟化氢的产品质量由99.5%提升至99.99%以上，提纯能耗大幅下降，蒸汽消耗降低90%，冷冻水消耗降低40%。该技术获得2024年度石化联合会科技进步二等奖。

图3 无水氟化氢变压耦合精馏提纯节能集成技术