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國(guó)家發(fā)展鋰電池三元材料

提供來(lái)源:上海百賀 日期:2017年12月29日
國(guó)家發(fā)展鋰電池三元材料
北極星儲(chǔ)能網(wǎng)訊:隨著三元材料逐漸被重視,對(duì)于三元材料的研究也一直在進(jìn)行,今天就為大家盤點(diǎn)鋰電池三元材料10大研究進(jìn)展。
1、高鎳三元材料
鎳鈷錳具有高比容量、長(zhǎng)循環(huán)壽命,一般來(lái)說(shuō),高鎳的三元正極材料是指材料中鎳的摩爾數(shù)大于0.6,這樣的三元材料具有高比容量和低成本的特點(diǎn),但也存在容量保持率低,熱穩(wěn)定性能差等缺陷。通過(guò)制備工藝的改進(jìn)可以有效改善材料性能。顆粒的微納尺寸以及形貌結(jié)構(gòu),在很大程度上決定著高鎳三元正極材料的性能。因此目前主要的制備方法是將將不同原料均勻分散,通過(guò)不同生長(zhǎng)機(jī)制,得到比表面積大的納米球形顆粒。
在眾多制備方法中,共沉淀法與高溫固相法結(jié)合是目前的主流方法,首先采用共沉淀法,得到原料混合均勻、材料粒徑均一的前驅(qū)體,然后經(jīng)過(guò)高溫煅燒得到表面形貌規(guī)整、過(guò)程易于控制的三元材料,噴霧干燥法較共沉淀法過(guò)程簡(jiǎn)單,制備速度快,所得材料形貌并不亞于共沉淀法,有進(jìn)一步研究的潛力。高鎳三元正極材料的陽(yáng)離子混排和充放電過(guò)程中相變等缺點(diǎn)。
2、富鋰三元材料
下圖為富鋰三元正極材料,這種材料之所有具有高電壓的特點(diǎn),而且充放電機(jī)理與后續(xù)充電不同:充電會(huì)引起結(jié)構(gòu)的變化,這種變化反映在充電曲線上有兩個(gè)以4.4V為分界的不同的平臺(tái)。采用固相法、溶膠凝膠法、水熱法、噴霧熱解法和共沉淀法可以制備出不同結(jié)構(gòu)的富鋰三元正極材料,其中,使用較多的是共沉淀法,且每一種方法均有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)。富鋰三元材料展現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景,是下一代高容量鋰離子電池所需的關(guān)鍵材料之一,但對(duì)于大規(guī)模應(yīng)用。該材料未來(lái)的研究方向主要為以下幾個(gè)方面:
(1)對(duì)脫嵌鋰機(jī)理的認(rèn)識(shí)不足,無(wú)法解釋材料庫(kù)倫效率將低、材料性能差異大等現(xiàn)象;
(2)摻雜元素研究不夠充分,較單一;
(3)由于在高電壓下正極材料受到電解液的侵蝕,造成差的循環(huán)穩(wěn)定性;
3、單晶三元正極材料
鋰電三元材料在i電壓下,隨著循環(huán)次數(shù)的增加,二次粒子或團(tuán)聚態(tài)單晶后期可能會(huì)出現(xiàn)一次粒子界面粉化或團(tuán)聚態(tài)單晶分離的現(xiàn)象,造成內(nèi)阻變大、電池容量衰減快、循環(huán)變差。單晶型高電壓三元材料,可以提高鋰離子傳遞效率,同時(shí)減小材料與電解液之間的副反應(yīng),從而提高材料在高i壓下的循環(huán)性能。首先利用共沉淀法制備出三元材料前驅(qū)體,然后在高溫固相的作用下,得到單晶LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2。
這種材料材料具有較好的層狀結(jié)構(gòu),在3~4.4V下,扣式電池0.1放電比容量可達(dá)186.7mAh/g,全電池1300次循環(huán)后放電比容量仍為初始放電容量的98%i是一種電化學(xué)性能優(yōu)異的三元正極復(fù)合材料。新正鋰業(yè)采用獨(dú)特的制備工藝,自行設(shè)計(jì)和裝配了鋰離子電池正極材料生產(chǎn)線,在國(guó)際上大規(guī)?;a(chǎn)微米級(jí)單晶顆粒改性尖晶石錳酸鋰和鎳鈷錳酸鋰三元系正極材料,達(dá)到年產(chǎn)500噸的生產(chǎn)能力。
4、石墨烯摻雜
石墨烯具有單層原子厚度的二維結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,電導(dǎo)率可達(dá)1×106S/m。石墨烯用于鋰離子電池中具有以下優(yōu)點(diǎn):①導(dǎo)電和導(dǎo)熱性好,有助于提高電池的倍率性能;②相對(duì)于石墨,石墨烯儲(chǔ)鋰空間多,可以提高電池的能量密度;③顆粒尺度為微納米量級(jí),鋰離子的擴(kuò)散路徑短,有利于提高電池的功率性能。JAN課題組利用研磨方法,首先將石墨烯和811型三元材料混合,然后50℃環(huán)境下攪拌8h,再經(jīng)過(guò)干燥,得到石墨烯/811復(fù)合材料。WANG在沉淀法制備三元前體時(shí)加入石墨烯,片層結(jié)構(gòu)石墨烯的加入其空腔結(jié)構(gòu)降低了一次顆粒的團(tuán)聚,緩解外壓從而減少二次顆粒碾壓的破碎,石墨烯的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)提高了材料高倍率性和循環(huán)性能。