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(shù)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(shù)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。