鉅大LARGE | 點擊量：1802次 | 2018年05月27日
鋰離子電池正極材料的制備方法
作為鋰離子電池材料工業(yè)化制造、批量化生產(chǎn)系列的最后一篇，本文主要介紹正極材料的相關(guān)的合成方法以及相關(guān)技術(shù)手段，相比較其他三大主材，正極材料的工業(yè)化生產(chǎn)工序較多，合成路線也相對比較復(fù)雜，對溫度、環(huán)境、雜質(zhì)含量的控制也比較嚴(yán)格，正極材料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、三元材料等，由于目前市場上能量密度高的動力電池正極材料均是不同配比的三元材料，所以本文就以三元材料入手，開始介紹材料的工業(yè)化生產(chǎn)方法。
三元材料的起源：
三元材料最早可以認(rèn)為來自于20世紀(jì)90年代的摻雜研究，如對LiCoO2，LiNiO2等摻雜，在LiNiO2中通過摻雜Co的研究，形成LiNi1-xCoxO2系列正極材料，在20世紀(jì)90年代后期，有關(guān)學(xué)者進行了在LiNi1-xCoxO2中摻雜Mg，Al以及Mn的研究。法國Saft-LiNi1-x-yCoxAlyO2與LiNi1-x-yCoxMgyO2，但早期的Li(Ni,Co,Mn)O2沒有闡明反應(yīng)機理與采用合適的制備方法，21世紀(jì)初，日本Ohzuku與加拿大J.R.Dahn，利用氫氧化物共沉淀法制備出一系列Li(Ni,Co,Mn)O2化合物。其中，鎳是主要的電化學(xué)活性元素，錳對材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定提供保證，鈷在降低材料電化學(xué)極化和提高倍率特性方面具有不可替代的作用。三元材料具有高的比容量，良好的循環(huán)性能，穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，可靠的安全性以及適中的成本。在實驗室的基礎(chǔ)研究中，沒有發(fā)現(xiàn)該材料的明顯缺點。
從正極材料的發(fā)展路線圖中也可以看出，三元材料的發(fā)展對整個動力電池能量密度的提升起到了重要的作用。
三元材料的合成方法：
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
2018-02-1523:16?2745次閱讀0
作為鋰離子電池材料工業(yè)化制造、批量化生產(chǎn)系列的最后一篇，本文主要介紹正極材料的相關(guān)的合成方法以及相關(guān)技術(shù)手段，相比較其他三大主材，正極材料的工業(yè)化生產(chǎn)工序較多，合成路線也相對比較復(fù)雜，對溫度、環(huán)境、雜質(zhì)含量的控制也比較嚴(yán)格，正極材料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、三元材料等，由于目前市場上能量密度高的動力電池正極材料均是不同配比的三元材料，所以本文就以三元材料入手，開始介紹材料的工業(yè)化生產(chǎn)方法。
三元材料的起源：
三元材料最早可以認(rèn)為來自于20世紀(jì)90年代的摻雜研究，如對LiCoO2，LiNiO2等摻雜，在LiNiO2中通過摻雜Co的研究，形成LiNi1-xCoxO2系列正極材料，在20世紀(jì)90年代后期，有關(guān)學(xué)者進行了在LiNi1-xCoxO2中摻雜Mg，Al以及Mn的研究。法國Saft-LiNi1-x-yCoxAlyO2與LiNi1-x-yCoxMgyO2，但早期的Li(Ni,Co,Mn)O2沒有闡明反應(yīng)機理與采用合適的制備方法，21世紀(jì)初，日本Ohzuku與加拿大J.R.Dahn，利用氫氧化物共沉淀法制備出一系列Li(Ni,Co,Mn)O2化合物。其中，鎳是主要的電化學(xué)活性元素，錳對材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定提供保證，鈷在降低材料電化學(xué)極化和提高倍率特性方面具有不可替代的作用。三元材料具有高的比容量，良好的循環(huán)性能，穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，可靠的安全性以及適中的成本。在實驗室的基礎(chǔ)研究中，沒有發(fā)現(xiàn)該材料的明顯缺點。
鋰離子電池正極材料的制備方法
鋰離子電池正極材料的制備方法
從正極材料的發(fā)展路線圖中也可以看出，三元材料的發(fā)展對整個動力電池能量密度的提升起到了重要的作用。
三元材料的合成方法：
鋰離子電池正極材料的制備方法
先放出不同材料的熱穩(wěn)定性，從圖中可以看出，隨著鎳含量的提高，整個正極材料的熱穩(wěn)定性是下降的，需要在性能以及安全方面找到一個平衡點，不能盲目的為了提高能量密度而去應(yīng)用不安全的材料。
首先按照化學(xué)計量比配置一定濃度的金屬離子混合溶液，同時配置一定濃度的氨堿混合溶液作為沉淀劑以及絡(luò)合劑，連續(xù)通入氮氣使反應(yīng)釜氣氛為氮氣后進行反應(yīng)，通過調(diào)節(jié)溶液pH值，生產(chǎn)復(fù)合沉淀物，經(jīng)過過濾、洗滌、真空干燥后直接得到前驅(qū)體。涉及到沉淀劑的選擇、絡(luò)合劑的使用、加料方式的選擇、反應(yīng)氣氛的控制等等。
鋰源的選擇：
工業(yè)化生產(chǎn)一般選擇氫氧化鋰和碳酸鋰，但氫氧化鋰含有結(jié)晶水，混合效果不好，所以碳酸鋰用的多一些。最常見的含鋰礦物質(zhì)為鋰輝石和鹵水。
鋰離子電池的主要構(gòu)成材料包括電解液、隔離材料、正負(fù)極材料等。正極材料占有較大比例（正負(fù)極材料的質(zhì)量比為3:1~4：1）,因為正極材料的性能直接影響著鋰離子電池的性能，其成本也直接決定電池成本高低。
