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锂离子电池正极材料的制作过程


发布时间:2011-12-18 8:35:06  来源:钜大电子锂电事业部 点击次数:

        常用的正极活性物质:能作正极活性物质的主要有LiC002,LiNi02和LiMn204等;最早用于商品化的锂离子电池正极是LiCoOz,它属于a—NaFe02型结构。其合成方法是将I。izC03和COC03按摩尔比靠(I。i)/n(Co)一1:1的比例混合,在空气中900℃灼烧而成。其可逆性、放电容量、充放电效率、电压的稳定性等性能均很好。因此,目前正极材料主要采用IJCoO。,或在其中再添加Al,In等元素的复合钴酸锂。但是,由于钴材料成本较高,资源缺乏,因此,必须开发少用钴、不用钴或廉价易得的材料,如用镍或锰来取代钴,这样电池单价可大大降低。
        LiNiQ是继LiCoQ后研究较多的层状化合物,一般是用锂盐和镍盐混合,在700—850~C经固态反应制备。镍与钴的性质相近,价格比钴低廉。LiNiO真的理论比容量为274mAh•g-l,目前LiNi02的最大容量为150mAh,工作电压范围为2.5—4.1V,不存在过充电和过放电的限制,Ohzuku认为它是锂离子电池中最有前途的正极材料之一。但由于LiNiQ的制备中存在许多问题,所以LiNi02的实际应用还受到限制。
        例如,工业制备化学计量的LiNiO-非常困难,组成稍有变化,对其电化学性能影响很大,该材料为六方晶系,在充电时,当LiNiQ中0.25<J≤0,75时,晶体结构变为单斜晶系,当J≥0.75时,又变为六方晶系,但晶格系数和原先的大不相同,导致循环寿命下降。为了改善LiNi02的电化学性能,使其能实现工业化生产,目前各种掺杂的LiNi02的研究正在不断研究和完善之中。
        聚合物锂电池正极材料:主要是杂环聚合物如聚砒咯(Ppy)、聚噻吩,:PTh)及其衍生物。由于聚合物电极的最大理论比能量高达300Wh.成本低,并可通过掺杂以满足不同电极的需要,因此成为重要的发展方向。作为锂离子电池用的纳米正极材料已有纳米结晶尖晶石LiMn20、钡镁锰矿型Mn02纳米纤维、聚吡咯包覆尖晶石型LiMn20-纳米管、聚吡咯2Q纳米复合材料,其高空隙率为锂离子的嵌人与脱出和有机溶剂分子的迁移提供了足够的空间。目前,国内的研究机构已开发合成了钡镁锰矿型纳米锰氧化物、钡镁锰矿与水羟锰矿型复合层状纳米锰氧化物。
        通过添加少量过渡金属氧化物,如Fe2Q,NiO,C02Q等,在首次充放电后可改善的晶格结构,提高可逆性,减少容量衰减,比容量最高可达334mAh。但目前尚没有达到高可逆性和高比容量的统一。以V2Q和Li2CQ为原料,在680℃下合成24h,得到富锂的钒氧化物(1•isV真Ols,比容量可达340mAh,在1.5-1.6V之间有平稳的放电平台,充放电范围在1.0-3.5V,并有很好的嵌入和脱出锂离子的能力。最近报道一种新的钒氧化物(Na20)2V信.2sQ具有容易合成的特点,在容量和循环性能上与其他钒氧化物相比也有一定优势。

 
 
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