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突破更多燒結(jié)應(yīng)用場景

鎳鈷鋁酸鋰三元正極材料的制備方法

發(fā)布時間：2021.04.02

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鎳鈷鋁三元鋰電池電化學(xué)能作為一種儲能方式，可以將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,是最具發(fā)展?jié)摿Φ男履茉粗弧ｄ囯x子電池的出現(xiàn)源自1980 年，十幾年后索尼公司就實現(xiàn)了鋰離子的商業(yè)化應(yīng)用。其正負(fù)極之間的反應(yīng)被形象的稱為“搖椅式反應(yīng)”。在充電和放電過程中,鋰離子經(jīng)歷了從正極材料脫出，經(jīng)電解質(zhì)擴(kuò)散,嵌入到負(fù)極再由從負(fù)極材料脫離，經(jīng)電解質(zhì)回到正極材料。在鋰離子受到關(guān)注之前,鉛酸電池和鎳鎘、鎳氬電池是主要的二次電池。但由于鉛酸電池密度大,從而導(dǎo)致能量密度低,并且鉛元素會污染環(huán)境并對人體有毒;鎳鎘電池中因含有鎘，也對環(huán)境有污染,并且存在記憶效應(yīng),即每.次充電前都必須放電,才能充電。

郁亞娟等的研究結(jié)果表明:在產(chǎn)生相同電能的條件下對環(huán)境的污染程度由重到輕依次為:鎳鎘電池鉛酸電池、鋰離子電池。鎳氫電池耐熱性能差,當(dāng)電池溫度高于45C,壽命就會大幅度下降，并且耐過充能力差。自鋰電池問世以來,其優(yōu)越的特點使其迅速得到了廣泛的應(yīng)用,這主要歸功于其優(yōu)越的高能量密度。鋰元素在元素周期表排序僅為第3，相對分子量僅為6.94，而鉛、鎳、鎘的相對分子量分別為207.2.58.59、112.41。因此鋰離子電池的密度一般較低，能量密度相應(yīng)較高。一個鋰離子電池的質(zhì)量約為鉛酸蓄電池的1/5~1/6，而目前常用的鋰離子電池密度可高達(dá)450~620Wh/kg，約為鉛酸蓄電池的5~7倍。除此之外,鋰電池的工作電壓較高,約3~4V,大約是鎳鎘電池和鎳氫電池的3倍。鋰離子電池循環(huán)壽命也較長,一般可達(dá)到300~800次，甚至有些種類的鋰離子電池可以達(dá)到2000次以上。電池的自放電率對其存放時間有較大的影響。

鋰離子電池的自放電率低,在25C下儲存1個月后,單個鋰離子電池的損失量{自放電率)為1~2%，而鎳鎘電池的自放電率為25~30%, 鎳氬電池的自放電率為30~35%。鋰離子電池通常按照正極材料的不同進(jìn)行分類,常見的有錳酸鋰鎳酸鋰、鈦酸鋰、鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、三元鋰電池。因能量密度較高和相對成本較低的原因,三元鋰電池逐漸取代磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鈦酸鋰和鈷酸鋰電池,成為了應(yīng)用最廣的二次電池。

三元鋰電池是由鎳鹽、鈷鹽、錳鹽或者鎳鹽、鈷鹽、鋁鹽,這3種成分按照一定的比例配制成,分別稱為鎳鈷錳和鎳鈷鋁電池。不同的鎳鈷鋁酸鋰的制備方法各有優(yōu)勢和劣勢,將兩種方法結(jié)合,發(fā)揮各自的優(yōu)勢使劣勢得到彌補(bǔ)是目前的鎳鈷鋁酸鋰制備方法的研究方向。雖然制備方法不同,但是鎳鈷鋁酸鋰正極材料普遍具有能量密度高、成本低、循環(huán)壽命較長,但導(dǎo)電性差、倍率和循環(huán)性能不理想的缺點。目前大量的研究側(cè)重于采用摻雜和表面包覆等手段,提高正極材料的電子和離子電導(dǎo)率,阻礙正極材料與電解液發(fā)生副反應(yīng),生成HF,從而提高正極材料與負(fù)極材料間的有效電子和離子傳輸，提高正極材料的倍率性能和循環(huán)性能。目前,使用鳳谷陶瓷內(nèi)膽回轉(zhuǎn)窯兩步法制備鎳鈷鋁酸鋰加摻雜或包覆改性是制備電學(xué)性能較優(yōu)的鎳鈷鋁酸鋰正極材料的理想方法。