锂离子电池多元正极材料的合成
姓名:苏欧中杰学号:20076788 专业:应用化学1班
摘要:锂离子电池发展至今,已得到了广泛的应用,但始终不能满足当今科技的发展需要,这主要是由于作为主流的正极材料钻酸锂的本身上的缺陷,因此寻找新的更符合当今科技发展的正极材料成为广大科技工作者的主要任务。此论文探讨LiNil/3G01/3Mnl/30三元正极材料的合成方法及性能。
关键词:锂离子电池,多元,正极材料,LiNil/3Co1/3Mnl/30
锂离子电池正极材料的研究比较活跃,构成正极的材料要求在充放电过程中体积容量基本保持不变。不产生新相.以及具有很好的可逆性,一般选择相对电位大于3.5 V且在空气中稳定的嵌锂过渡金属氧化物为正极.LiNiO:结构与LiCoO:类似,也具备仅一NaFeO:结构且晶型完整[1I,其实际放电容量可达190~220 mAh/g 。,以过渡金属Co或Ni取代Li[Lil, 3Mn∞]02中过渡金属层的“和Mn,能够得到一种新型的正极材料。
合成方法
1. 低温熔盐法
1.1 Ni加CoI/3MnI,3(0H)2前驱体的制备
将Nis0。,CoSo。,MnSo。按一定比例配制成一定浓度的混合溶液(Ni,Mn,Co的摩尔比为l: 1:1).反应温度为50℃,搅拌下分别以一定的流速将混合溶液、NaOH溶液(6 mol·L“)和氨水(12.5 mol-L-1)同时从底部加入反应釜中,保持pH值恒定(pH=10~11),控制结晶程度,生成的物料连同母液一同在反应釜上部经导流管流出,再经过滤、洗涤和烘干工序得到球形前驱体Nil,3Col,3Mnl/3(oH)2.
1.2 正极材料LiNbCoI/3Mnl/302的制备按照
LiN03:LiOH·H20;CH3COOLi·2H20=0.62x: 0.38x:(1一z)(z=0.8,0.7,0.6)的摩尔比例配制三元混合锂盐,研磨混合后,将其与球形前驱体Ni”Co。Mn。(()H):按1.1 z l摩尔比混合,置高温炉内经3温段焙烧(200℃、3 h;600℃,5 h;850 1 000℃、6~18 h),制得球形正极材料LiNil,3C01/3Mnl/3 0
2.
2.共沉淀法
将合成好的正极材料LiNi帕Co。棚n∞0:与乙炔黑和粘结剂PVDF(聚二氟乙烯)以85:10: 5(质量比) 的配比混合,加入适量NMP(N一甲基吡咯烷酮)溶剂调整粘度,充分混合均匀后涂在铝箔上,于120℃真空干燥10 h后,铳成直径为14 mill的电极圆片.以一定压力压片、干燥后放人手套箱备用.在充满
氩气的干燥手套箱中,将所得的电极作为正极,锂片作为负极,使用微孔聚丙烯隔膜。以1 mol /L LiPF6
EC/DEC(体积比为2:1)为电解液.在相对湿度小于1%的真空手套箱内装成扣式模拟电池.电池的充放电性能测试在高精度电池综合性能检测系统上进行。电池充放电测试采用恒流一恒压的充电方式,测试温度为室温(25 oC),充放电的电压范围为2.8—4.4 V(vs Li/Li+),充电电流密度为20 mA/g,放电电流密度分别为20、40、80、160 mA/g.循环伏安测试在电化学工作站上进行,扫描的电压范围为2.74.7 V(VS Li/Li+),扫描速率为0.2 mV/s.
3.其他方法:
湿化学法,草酸盐共沉淀法,固相合成法,so1.gel法,喷雾干燥法。
结论:
国内外许多从事电池正极材料的研究者在LiNil/3Col/3Mnl,302的合成、离子掺杂和表而包覆改性方面已经开展了许多工作,并且取得了很多卓有成效的成果。但在这类正极材料的研发中还需要加强下面几个方面的工作:
(1)在现有的制备LiNil,3C01,3Mnl/302正极材料的方法中,依然以高温固相法和共沉淀法为主,它们还是存在一定的问题,应当改进现有合成技术和开发新的合成技术,并实现产业化。
(2)采用LiMn20、4LiNixCol-x02、LiC002进行掺混或物理共混,所得的共混材料将结合各自的优点,作为一种复合锂离子电池正极材料值得研究,很多研发机构正在进行广泛的试验。
(3)该材料工作电压较高,且具有良好的热力学稳定性,尤其是在电动汽车方面有可观的应用前景,虽然比容量比商业化的正极材料有了一定的提高,但是倍率性能仍需进一步提高;以满足电动汽车对高能量电池的需求,在提高比容量方面也需进行深入的研究。
(4)LiNil,3C01,3Mnl/302材料中由于锂离子与镍离子相近的离子半径,容易发生阳离子混排现象,使材料的容量保持率等电化学性能下降,应当采用离子掺杂和表面包覆等方法进行改性研究,以便进一步拓展其应用领域。
参考文献:
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锂离子电池多元正极材料的合成
