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改性从三元前驱体材料开始

来源:广州启灏机电工程有限公司发布时间:2022-08-21 17:05阅读:原标题:改性从三元前驱体材料开始

正极材料看三元,三元材料看前驱体。三元前驱体材料是生产三元正极的关键性材料,通过与锂源混合烧结制成三元正极,其性能直接决定三元正极材料核心理化性能。

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三元前驱体材料对三元正极材料的影响

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前驱体杂质会带入正极材料,影响正极杂质含量;

前驱体粒径大小、粒径分布直接决定三元正极粒径大小、粒径分布;

三元前驱体比表面积、形貌直接决定三元正极比表面积、形貌;

三元前驱体元素配比直接决定三元正极元素配比等。

三元正极的粒径、形貌、元素配比、杂质含量等理化性能将影响锂电池能量密度、倍率性能、循环寿命等核心电化学性能。

三元前驱体材料的制备方法及存在的问题

三元前驱体的制备技术主要有溶胶凝胶法、喷雾热解法、沉淀法。

溶胶凝胶法是一种常见的软化学方法,具有均匀性好、合成温度低等优点,可以实现材料组分分子或原子级的均匀混合,但也存在工艺复杂、成本高等缺点。

喷雾热解法将可溶性金属盐和沉淀剂在喷雾干燥器中进行雾化,然后干燥,此方法合成出的材料颗粒大小比较一致,化学成分分布比较均匀,工艺比较简单,容易实现,且耗时短,是工业生产正极材料的方法之一。

共沉淀法是前驱体材料的主流制备方法,可以精确控制各组分的含量,并且实现组分的原子级混合;通过调整溶液浓度、pH值、反应时间、反应温度、搅拌转速等合成工艺参数,可以制备不同粒度、形貌、密度、结晶程度的材料。

目前,国内外正极材料厂家主要采用共沉淀-高温固相法来制备正极材料,但其二次颗粒随着电池充放电次数增加,尤其在高电压下,一次粒子之间的界面极易产生微裂纹或粉化,提高了界面电阻,极化增大,二次球形颗粒内部孔隙多,接触面积大,副反应增多,产气严重,从而导致电池循环性能和安全性能恶化。

三元前驱体材料的改性

目前研发的焦点多集中在对正极材料改性上,如掺杂、包覆等,但是,正极改性(掺杂或包覆)存在着均匀性差、工序多、耗能多的缺点,因此研究者逐渐开始重视前驱体的改性。

1)前驱体预氧化

前驱体预氧化一方面能够消除前驱体内部的缺陷,同时还能够减低Li+/Ni2+混排,提高材料的电化学性能。

ZHANG Qiyu等用Mn(NO3)2对Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2进行预氧化的处理,其中正极材料的电化学性能也得到了明显的提高,容量保持率从79.04%提高到90.73%,交流阻抗也大大减小。

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