三元鋰電池正極材料的制備方法和發(fā)展現(xiàn)狀

來源：存能電氣  日期：2019-05-28 11:15  瀏覽量：次

　　三元鋰電池正極材料的制備方法和發(fā)展現(xiàn)狀。隨著時代的進步，鋰電池取得了快速的發(fā)展。與傳統(tǒng)電池相比，三元鋰電池具有能量密度高、循環(huán)使用壽命長、工作電壓穩(wěn)定、自放電小以及環(huán)保無污染等優(yōu)勢，而正極材料則是三元鋰電池的核心。那么三元鋰電池正極材料的制備方法和發(fā)展現(xiàn)狀是怎樣的？存能小編今天就告訴大家。

　　三元鋰電池正極材料因其能量密度高、成本低、循環(huán)使用壽命長、制備方法簡單、毒性小及環(huán)境友好而受到研究者的青睞。三元材料集中了Ni、Co、Mn三種元素的優(yōu)點，其中Ni原子可以顯著提高材料的容量，Co的加入可以提高材料的充放電穩(wěn)定性，Mn不參與反應，可以提高材料的穩(wěn)定性與安全性。但由于Ni原子半徑與鋰離子半徑相近，在充放電過程中容易造成陽離子混排現(xiàn)象，從而使鋰離子發(fā)生不可逆的嵌入脫出，影響其循環(huán)穩(wěn)定性，抑制了其電化學性能的進一步提高。

　　三元鋰電池正極材料的制備方法

　　三元鋰電池正極材料主要的制備方法大致分為固相法和溶液法。固相法有高溫固相法和乙酸鹽燃燒法。溶液法主要包括溶膠-凝膠法、共沉淀法、噴霧熱解法等。不同的合成方法對所制備的三元材料的性能有較大的影響。下面向讀者簡單介紹幾種常見制備方法：

　　1、溶膠-凝膠法

　　溶膠-凝膠法是合成超微顆粒的一種先進的軟化學方法。廣泛應用于合成各種陶瓷粉體、涂層、薄膜、纖維等產(chǎn)品。該方法是將較低粘度的前驅(qū)體混合均勻，制成均勻的溶膠，并使之凝膠，在凝膠后或凝膠過程中成型、干燥，然后燒結(jié)或煅燒。

　　2、共沉淀法

　　共沉淀法一般是把化學原料以溶液狀態(tài)混合，并向溶液中加入適當?shù)某恋韯?，使溶液中已?jīng)混合均勻的各個組分按化學計量比共沉淀出來，或者在溶液中先反應沉淀出一種中間產(chǎn)物，再把它煅燒分解制備出微細粉料的產(chǎn)品。

　　傳統(tǒng)的固相合成技術難以使材料達到分子或原子線度化學計量比混合，而采用共沉淀方法往往可以解決這一問題，從而達到較低的生產(chǎn)成本制備高質(zhì)量材料的目的。

　　3、高溫固相法

　　高溫固相法即反應物僅進行固相反應，是合成粉體材料常用的一種方法，也是目前制備正極材料比較常見的一種方法。為了使合成材料有理想的電化學性能，滿足Li+脫嵌體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，必需保證其有良好的結(jié)晶度。因此，在采高溫固相法即反應物僅進行固相反應，是合成粉體材料常用的一種方法，也是目前制備正極材料比較常見的一種方法。

　　4、水熱法

　　水熱合成技術是指在高溫高壓的過飽和水溶液中進行化學合成的方法。它屬于濕化學法合成的一種。利用水熱法合成的粉末一般結(jié)晶度高，并且通過優(yōu)化合成條件可以不含有任何結(jié)晶水，而且粉末的大小、均勻性、形狀、成份可以得到嚴格的控制。水熱合成省略了煅燒步驟，從而也省略了研磨的步驟，因此粉末的純度高，晶體缺陷的密度降低。

　　三元鋰電池正極材料的發(fā)展現(xiàn)狀

　　近幾年來層狀嵌鋰多元過渡金屬復合型正極材料發(fā)展迅速，尤其是含有鈷鎳錳三種元素的新型過渡金屬嵌鋰氧化物復合材料。由于中國企業(yè)越來越多的參與國際市場競爭，國際鋰電企業(yè)的材料選擇也直接影響到國內(nèi)企業(yè)的選擇。

　　此種材料綜合了鈷酸鋰、鎳酸鋰和錳酸鋰三類材料的優(yōu)點，形成了LiCoO2/LiNiO2/LiMnO2三相的共熔體系，且其綜合性能優(yōu)于任一的單組合化合物，存在明顯的三元協(xié)同效應。此類固溶體材料通常具有200mAh/g左右的放電容量，主要工作電壓區(qū)間在2.5～4.6V之間，在充放電過程中，能保持層狀結(jié)構(gòu)的特征，避免了層狀LiMnO2結(jié)構(gòu)向尖晶石結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。

　　與目前占據(jù)市場主流的鈷酸鋰比較，其具有比容量高、價格低、對環(huán)境友好、熱穩(wěn)定性高和安全性好等優(yōu)勢，具有廣闊的市場前景。今后的發(fā)展將在制備方法上的創(chuàng)新、形態(tài)控制、表面修飾以及提高振實密度等方面深入。

　　三元鋰電池的正極材料是鋰電池中最為關鍵的原材料，由于正極材料在鋰電池中占有較大比例，因此它決定了電池的安全性能和電池能否大型化，同時由于鋰離子電池正極材料在電池成本中所占比例可高達40%左右，所以其成本也直接決定電池成本的高低。應該說是三元鋰電池正極材料的發(fā)展引領了鋰電池的發(fā)展。