究竟哪種堆積方式形成的二次顆粒燒結(jié)后性能會(huì)發(fā)揮更好?三元材料特點(diǎn)分析
鋰離子電池具有循環(huán)壽命長,無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)成為新一代可持續(xù)發(fā)展的綠色電源,被廣泛應(yīng) 用在數(shù)碼,筆記本,電動(dòng)汽車等諸多領(lǐng)域,隨著電動(dòng)汽車發(fā)展,市場對鋰離子電池的能量密度提出了 更高的需求,而電池能量密度的提升取決于電池材料的性能的改善,鎳鈷錳酸鋰由于具有單位克容量 高,電壓平臺高,循環(huán)性能好等優(yōu)點(diǎn),在動(dòng)力電池領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景,鎳鈷錳酸鋰的性能很大 程度上取決于鎳鈷錳氫氧化物的性能,共沉淀法是制備鎳鈷錳氫氧化物的常用方法,為了更好的理解 三元材料前驅(qū)體的生長機(jī)理,下面簡單的介紹鎳、鈷、錳氫氧化物形成過程。
共沉淀法制備前驅(qū)體是將鎳鹽、鈷鹽、錳鹽配置成可溶性的混合溶液,然后與氨,堿混合,通過控制 反應(yīng)條件形成類球形氫氧化物,反應(yīng)方程式如下:
M + nNH3 →[M(NH3)n]2+ (1) [M(NH3)n]2+ +2OH- →M(OH)2+nNH3 (2)
從以上方程式可以看出金屬鹽首先與氨水絡(luò)合形成絡(luò)合物,然后氫氧化根將氨置換形成氫氧化物,為 了更生動(dòng)的展現(xiàn)反應(yīng)過程,Yang Yue1等利用球棍模型生動(dòng)的展現(xiàn)了上述方程式,通過反 應(yīng)方程式和球棍生長模型可以清晰的理解前驅(qū)體一次顆粒的生長過程,而類球形氫氧化物二次顆粒是從二次顆粒團(tuán)聚體可以看 出,一次顆粒形貌都是片狀,僅僅是堆積方式發(fā)生了改變,第一種是納米片平鋪堆積,第二種是平鋪 堆積與垂直堆積的混合模式,第三種是垂直堆積;不同類型的一次顆粒的堆積方式以及二次顆粒的團(tuán)聚狀態(tài),會(huì)產(chǎn)生諸多不同形 貌的前驅(qū)體,但究竟哪種堆積方式形成的二次顆粒燒結(jié)后性能會(huì)發(fā)揮更好?需要前驅(qū)體與燒結(jié)進(jìn)行系 統(tǒng)性研究,不同類型的前驅(qū)體,你用同一燒結(jié)條件去評估,或許是不太正確的;因?yàn)槊恳活愋偷那膀?qū) 體都會(huì)有不同的反應(yīng)活性,或許你沒有找到該前驅(qū)體的“G點(diǎn)”;并沒有給與他足夠的外界條件,讓其 產(chǎn)生足夠的融合和吸鋰活性。筆者在研究過程中發(fā)現(xiàn),不同形貌的前驅(qū)體燒結(jié)后對鋰的吸收程度是不 一樣的,特別是高鎳前驅(qū)體,如果前驅(qū)體吸鋰活性不好,燒結(jié)后,殘堿必定會(huì)很高,性能優(yōu)良的前驅(qū) 體未必能開發(fā)很好的正極材料,但性能優(yōu)良的正極材料一定會(huì)有一個(gè)性能優(yōu)良的前驅(qū)體;以上圖示中 是J國、K國的國際專利,對前驅(qū)體的結(jié)晶性以及一次顆粒進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,對前驅(qū)體的開發(fā)與研 究具有一定的借鑒與參考。
三元前驅(qū)體實(shí)際上是一種二次團(tuán)聚體,而如果從二次團(tuán)聚體進(jìn)行分析前驅(qū)體的一次顆粒形貌,是相當(dāng) 復(fù)雜的;因?yàn)榱蛩猁}與絡(luò)合劑、沉淀劑在反應(yīng)釜中結(jié)晶受到溫度、攪拌等諸多因素印象,結(jié)晶反應(yīng)速 度相當(dāng)快,且結(jié)晶后,迅速團(tuán)聚,從而導(dǎo)致了無法從二次顆粒中去分析一次顆粒的形貌;但如果我們 回歸到化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì),實(shí)際上都是兩種或者三種物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng);不管采用何種結(jié)晶方式,生成
綜合1/2/3/4/5各種形貌分析可以看出,前驅(qū)體的一次顆粒最原始的結(jié)構(gòu)是納米片,納米片在不同的 結(jié)晶條件下由于團(tuán)聚方式不一樣,從而產(chǎn)生諸多不同形貌的二次顆粒團(tuán)聚體,不同形貌的前驅(qū)體與鋰 鹽的燒結(jié)后,對鋰鹽融合效果是不一樣,從而導(dǎo)致了不同類型的前驅(qū)體燒結(jié)后,成品的殘余鋰產(chǎn)生差 異,也會(huì)產(chǎn)生諸多不同結(jié)構(gòu)的成品材料,因此深化前驅(qū)體形貌的研究對開發(fā)電池材料具有一定的指導(dǎo) 意義。












