鋰離子電池正極材料的性能特征介紹
來源：未知
2019-10-14 08:40
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鋰離子電池正極材料
陰極材料在原料的購買價值、制備工藝的復(fù)雜性和壓實(shí)工藝的難度方面都非常重要。作為量產(chǎn)電池，極有必要滿足以下基本性能特征：
一。高放電電壓
2.可插入大量可逆鋰離子，保證一定容量。
三。鋰離子和電子的擴(kuò)散和遷移必須足夠快（以支持窄快脈沖）
四?；瘜W(xué)穩(wěn)定性好，可制備常規(guī)的燒結(jié)和固化方法。
5個。工藝要求不高，可以通過常規(guī)的攪拌和涂裝工藝來實(shí)現(xiàn)。
具體地說，陰極材料的選擇首先考慮它們是否支持合適的電位，電位取決于陰極材料的電化學(xué)電位，即鋰離子與前面提到的陰極材料中相應(yīng)電子分離的能量；鋰離子的能量是決定電化學(xué)電位的主要因素。
-安全系數(shù)相對較高（磷酸鐵鋰晶體具有穩(wěn)定的p—O鍵，難以分解，在過充電和高溫下不會崩塌并產(chǎn)生強(qiáng)氧化物。磷酸鐵鋰為例：
首先，磷酸鐵鋰在自然界中以磷酸鐵鋰的形式存在，具有有序的橄欖石結(jié)構(gòu)。磷酸鐵鋰的化學(xué)式為limpo4，其中鋰為正一價，中心金屬鐵為正二價，磷酸鹽為負(fù)三價，常用作鋰電池的正極材料。磷酸鐵鋰電池的應(yīng)用領(lǐng)域包括儲能設(shè)備、電動工具、輕型電動汽車、大型電動汽車、小型設(shè)備和移動電源。其中，新能源電動汽車用磷酸鐵鋰約占磷酸鐵鋰總量的35%（具體裝載量隨年份變化）。同時，隨著軟包裝技術(shù)模塊化技術(shù)的發(fā)展，磷酸鐵鋰電池的市場份額進(jìn)一步提高。此外，磷酸鐵鋰電池的循環(huán)次數(shù)可達(dá)2000次以上，理論使用壽命可達(dá)7-8年?？紤]到與容量相關(guān)的特點(diǎn)，目前在公共交通中使用的磷酸鐵鋰電池占很大比例。
其次，隨著能源和環(huán)境問題的日益突出和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，鋰離子電池的性能得到了一定程度的提高。橄欖石結(jié)構(gòu)lifepo 4具有成本低、環(huán)境友好、安全性高、比容量大、循環(huán)性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，近年來成為陰極材料的研究熱點(diǎn)。由于晶體結(jié)構(gòu)的限制，lifepo_的電導(dǎo)率和鋰離子擴(kuò)散系數(shù)較低，限制了其商業(yè)應(yīng)用。因此，對合成工藝的優(yōu)化和改進(jìn)進(jìn)行研究，對提高lifepo 4的導(dǎo)電性和鋰離子擴(kuò)散系數(shù)具有深遠(yuǎn)的意義。
同時，生產(chǎn)方法主要有以下幾種：
（1）高溫固相反應(yīng)是制備磷酸鐵鋰最成熟、應(yīng)用最廣泛的方法。鐵、鋰、磷源按化學(xué)計(jì)量比混合干燥后，在低溫下燒結(jié)，然后在惰性氣氛中高溫?zé)Y(jié)，得到橄欖石型磷酸鐵鋰。
（2）碳熱還原
碳熱還原法是在原料混合物中加入碳源（淀粉、蔗糖等）作為還原劑。通常與高溫固相法結(jié)合使用。碳源可以在高溫煅燒時將fe3+還原為fe2+，避免了反應(yīng)過程中fe2+還原為fe3+，使合成過程更加合理，但反應(yīng)時間相對較長，條件控制更加嚴(yán)格，定向制備效率更高。效率：
（3）水熱法屬于液相合成法，是指在密封的壓力容器中以水為溶劑，通過原料在高溫高壓的條件下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，經(jīng)過濾洗滌、烘干后得到納米前驅(qū)體，最后經(jīng)高溫煅燒后即可得到磷酸鐵鋰。水熱法制備磷酸鐵鋰具有容易控制晶型和粒徑，物相均一，粉體粒徑小，過程簡單等優(yōu)點(diǎn)，但需要高溫高壓設(shè)備，成本高，工藝比較復(fù)雜。
傳統(tǒng)的高溫固相法及簡易的絡(luò)合溶膠-凝膠法制備LiFePO4目前已經(jīng)作為主要工業(yè)制備方法、但缺點(diǎn)是晶體尺寸較大，粒徑不易控制、分布不均勻，形貌也不規(guī)則，產(chǎn)品倍率特性差。其他共沉淀法、溶膠-凝膠法、氧化-還原法、乳化干燥法、微波燒結(jié)法大都處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，并采用不同的手段對其進(jìn)行改性，旨在找到一種既有利于LiFePO4的規(guī)?；a(chǎn)，又能保證其具有較好電化學(xué)性能的合成方法。
——以單位容量相對較高的三元材料為例說明：
首先三元鋰離子正極材料主要包括鎳（Ni）、鈷（Co）、錳（Mn）、鋰（Li）四種元素，即三元材料是人工按對應(yīng)比例添加混合而成(區(qū)別于磷酸鐵鋰)。礦石提鋰最主要的原料是鋰輝石與鋰云母、主要分布于澳大利亞、加拿大、津巴布韋、巴西和中國青海&阿爾泰等地，對應(yīng)從業(yè)廠家也表現(xiàn)出與地理區(qū)域高關(guān)聯(lián)性；根據(jù)地理分布、資源富集程度不同各廠家實(shí)際制備工藝不同，如石灰法、硫酸法和硫酸鹽、氯化焙燒法。通過溶解、過濾提純、分離等工序制成所需要的鋰鹽產(chǎn)品。在實(shí)際的生產(chǎn)過程中、產(chǎn)品的充放電特性與所制備的正極材料顆粒大小||孔隙率||發(fā)散性等線性相關(guān)；類似軟件工程中黑盒測試——產(chǎn)品特性在測試中性能變化高度敏感；
三元材料的制備過程不是單一的化學(xué)反應(yīng)過程，在材料合成過程中同一個化學(xué)反應(yīng)由于控制條件的不同會造成制備的材料組織結(jié)構(gòu)及物理性能的不同伴隨其他副反應(yīng)，導(dǎo)致同種化學(xué)組成的材料性能的巨大差異。其中鎳在三元電池中占有重要地位，其作用在于提高材料的能量密度，鎳的配比不同，比能量就不同，而通過適當(dāng)高鎳在材料中占比，可以較好的提高材料能量密度。從最早的111系列到523系列、622系列直至今天的811系列都在逐步提高鎳含量。但鎳含量過高帶來的是較高過程控制難度，如對攪拌工藝要求、車間苛刻溫度濕度、制備時間等提出更苛刻要求。
