不同pH值条件下镍钴锰三元电池材料前驱体的制备文献综述

 2021-10-15 08:10

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一、重课题的依据及意义:

三元正极材料是目前为止最具有发展前景的,最有可能成为锂离子动力电池的制作材料。锂离子电池具有能量密度高,可以高倍率充放电,循环寿命长等优点,目前正在试用于电动汽车和储能领域.正极材料是锂离子电池的关键部分之一,钴酸锂是最早应用的正极材料,但是价格高、比容量低、安全性差,所以正极材料一直是研究的焦点.LiNiO2,被认为是一种非常有前途的正极材料的锂离子电池,由于其较低的成本和高的比容量。然而,它有一些问题,如难以合成,低的热稳定性,和差的循环寿命在充电状态。人们已经知道,在LiNi02的阳离子取代基是其中的要方法之一来改善电化学反应。其中,钴和铝共掺LiNi02基材料是汽车使用的最适用的材料之一,由于相对较好的热稳定性和循环性能。近日,LiNi0.8Coo。15Alo.0502粉末,制备了不同的合成方法,如共沉淀法,溶胶-凝胶法合成,溶液燃烧路线,PVA的前体法和喷雾热分解法。在所有这些方法中,镍前体离子的存在完全是在镍离子的形式。这是众所周知的,Ni2 的完全氧化成的Ni3 很困难,即使在高温流动的氧气下。这最终导致了锂缺陷的原始材料由于残余的二价镍离子在锂位置的阳离子紊乱当Y≤0.2在的LiNil_yMy02相位,尽管掺杂剂如三价钴离子和铝离子的存在。因此,准备丰富的镍基正极材料无阳离子混合,它仍然是一个重大的挑战。

二、课题的国内外研究状况及发展趋势(含文献综述):

在《前驱体对三元正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2性能的影响.电化学.2013》期刊中,胡东阁;王张志;刘佳丽等人做出了相关研究。1999年Liu等提出了Ni-Co-Mn三元复合锂离子电池正极材料,发现该复合材料由于镍钴锰的协同效应,电化学性能均优于任何单一组分的层状氧化物,较好地兼备了三种组份的优点,弥补了各自的不足,具有比容量高、成本低、循环寿命长及安全性能高等特点.钴元素能够有效地减弱离子混排,稳定材料的层状结构,提高材料的电导率;镍元素保证材料高容量;锰元素则主要起稳定结构作用.三元材料的理论比容量为277mAhg-1,实际比容量可以达到200mAhg-1,远高于钴酸锂,被认为是取代钴酸锂的下一代锂离子电池正极材料.目前,工业化三元正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2通常采用间接共沉淀和高温固相烧结相结合的方法.间接共沉淀制备的氢氧化镍钴锰前驱体的形貌和粒径分布等因素对三元材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2的性能有较大影响。本文选取了三种不同的前驱体原料,采用相同的中试工艺制得三元正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2.采用SEM观察前驱体和三元材料的形貌,XRD测试材料的微观结构,组装成CR2016扣式半电池和INR26650圆柱全电池测试其电化学性能.

经过实验及讨论分析,所得的结论为:前驱体的形貌粒径分布等特性对制得的三元材料的性能有较大影响,前驱体焙烧成三元材料虽仍保持原前驱体的粒径分布,形貌也会影响焙烧后材料的粒径分布,选取适度大小颗粒匹配能提高材料的压实密度,少量适合粒径的小颗粒可填充于大颗粒的间隙.C′材料的压实密度达到3.46gcm-3.A前驱体松散,在混料和烧结过程其粒径变小,二次形貌也极不规整,导致其压实密度比较低.但过度致密会导致其与碳酸锂反应不充分,影响材料的结晶度、比容量和循环寿命.前驱体表面有大量微孔而又较致密的球形是比较理想.如B前驱体焙烧后材料结晶性好、结晶度高,0.2C扣式放电电极比容量达到163.9mAhg-1,全电池放电比容量达到156.4mAhg-1,300周期循环其容量基本无衰减,500周期循环其容量保持率还高达92%.

而在《Chin.Chem.Lett.,2011,22:1099-1102》期刊中LiuWM,HuGR,PengZD等人对SynthesisofsphericalLiNi0.8Coo.15Alo.0502cathodematerialsforlithium--ionbatteriesbyaco-oxidation-controlledcrystallizationmethod做出了相关研究。介绍了其中的前体Ni0.8Co0.15ALO.0500H带三个三价金属阳离子的原子水平的混合物首先制备了共氧化控制结晶法的路线。然后将前体中混合锂源和在高温下烧结,球状粉末LiNi0.8Coo.15Al0.0502获得了。编写的新方法将样品与用常规控制的结晶方法进行比较。

同样通过实验及数据分析所得结论为:球形LiNi0.8Coo.15Alo.0502阴极材料已经合成了制备共氧化控制的结晶方法球形Ni0.8Coo.15Alo.0500H前体。所得到的材料LiNi0.8Coo.15Al0.0502用193.5毫安时/克初始放电容量和容量保持率95.1%,50次循环后表现出良好的电化学性能和循环稳定性,该结果表明,共氧化控制的结晶是一种很有前途的方法的LiNi0.8Coo.15A10.0502阴极材料的制备。

三、课题的可行性及创新性:

本课题采用共沉淀法制备镍钴锰三元前驱体,将三元前驱体与锂盐混合后用高温固相法合成镍钴锰三元电池材料材料。在前驱体制备阶段,主要研究不同pH值的反应条件对材料表面形貌、微观结构以及各项电化学循环性能的影响。而经翻阅文献可知:其共沉淀法及高温固相法都是合成LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiNi0.8Coo.15Alo.0502等材料的可行手段。再者,本课题的创新之处在于研究PH值的不同对于三元电池材料前驱体的影响,是本领域的又一小创新。

四、参考文献:

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