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【原創(chuàng)】粉體百科丨三元材料的改性方法


來(lái)源:中國(guó)粉體網(wǎng)   墨玉

[導(dǎo)讀]  近幾年,三元正極材料因具有容量高,、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、安全性好,、成本低且對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染等優(yōu)點(diǎn)而在動(dòng)力電池市場(chǎng)上備受青睞,。許多正極材料企業(yè)也在紛紛擴(kuò)大三元材料的產(chǎn)能,,當(dāng)前三元材料占比已經(jīng)超過(guò)磷酸鐵鋰,成為主要的正極材料,。

中國(guó)粉體網(wǎng)訊  近幾年,,三元正極材料因具有容量高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,、安全性好,、成本低且對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染等優(yōu)點(diǎn)而在動(dòng)力電池市場(chǎng)上備受青睞。許多正極材料企業(yè)也在紛紛擴(kuò)大三元材料的產(chǎn)能,,當(dāng)前三元材料占比已經(jīng)超過(guò)磷酸鐵鋰,,成為主要的正極材料。



但是三元材料也不是完美的,,目前它在使用過(guò)程中還存在以下問(wèn)題:




可以通過(guò)摻雜,、包覆、控制材料結(jié)構(gòu)以及預(yù)處理等方式對(duì)三元材料改性,,改善以上問(wèn)題,。


離子摻雜


離子摻雜指在不影響正極材料原本結(jié)構(gòu)的同時(shí)在材料的晶體結(jié)構(gòu)中摻入少量的帶電雜離子,以提高材料晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性并增大晶胞參數(shù)c,,從而提升三元材料的容量,、倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。離子摻雜包括陰離子摻雜,、陽(yáng)離子摻雜和多離子摻雜,。


1陰離子摻雜


Cong等將PO43-摻雜進(jìn)入三元111材料中,結(jié)果不僅穩(wěn)定了材料的晶體結(jié)構(gòu),,還增大了離子混排的阻力,,防止循環(huán)過(guò)程中贗尖晶石相的形成。同時(shí)降低了Li+擴(kuò)散阻力,,改善三元111材料的倍率性能,。


2陽(yáng)離子摻雜


Li等以C9H21AlO3作為Al源,在三元523表面進(jìn)行Al3+摻雜,。摻雜Al3+后晶胞參數(shù)a和c均有所降低,。但摻雜后陽(yáng)離子混排程度降低,電化學(xué)性能升高,。Al3+摻雜修飾后材料的倍率性能得到大幅度改善,。


3多離子摻雜


Hu等采用Mg-Al-B三元素共摻改性修飾三元523材料。Mg2+Al3+占據(jù)層狀結(jié)構(gòu)3a位點(diǎn),,可以增大層狀結(jié)構(gòu)層間距,,減小鋰離子的嵌入/脫嵌阻力。經(jīng)過(guò)XPS分析發(fā)現(xiàn),,Al3+和B3+高價(jià)態(tài)陽(yáng)離子的摻雜,,還會(huì)增加三元材料中活性物質(zhì)Ni2+的含量,,提升材料的循環(huán)容量。


包覆改性


表面包覆對(duì)三元材料的倍率性能,、循環(huán)穩(wěn)定性,、可逆比容量和熱穩(wěn)定性有很大的提高,包覆改性所選擇的包覆物以氧化物,、磷酸鹽和鋰鹽為主,。


1氧化物


氧化物包括CuO、Al2O3,、ZrO2,、TiO2、ZnO,、MgO,、SiO2等,它們可以作為鋰離子的導(dǎo)體,,有利于充放電過(guò)程中鋰離子的傳輸,,同時(shí)也可以避免基體材料表面和電解液直接接觸,減少循環(huán)過(guò)程中電解液對(duì)基體材料的腐蝕從而提高材料在循環(huán)過(guò)程中的循環(huán)穩(wěn)定性,。


2磷酸鹽


作為包覆物的磷酸鹽主要有AlPO4,、LiNiPO4等。以磷酸鹽作為包覆物主要是由于它有較強(qiáng)的P=O鍵,,該鍵可以減少酸性電解液對(duì)基體材料的腐蝕,,同時(shí),聚陰離子PO43+和金屬離子間較強(qiáng)的共價(jià)性可以提高包覆物的熱穩(wěn)定性,。


3鋰鹽


作為包覆物的鋰鹽主要有Li2ZrO3,、Li3VO4等,和氧化物包覆物相比,,由于鋰鹽自身帶有Li+,,因此更加有利于循環(huán)過(guò)程中Li+的傳輸,從而對(duì)材料在大倍率條件下的循環(huán)性能有很大幫助,。


結(jié)構(gòu)控制


Zou等用海藻酸纖維作為模板,,合成了一種多殼中空的富鎳Li(NixCoyMnz)O2材料,這種材料結(jié)合了一維形狀和多孔多殼結(jié)構(gòu)共同的優(yōu)點(diǎn),,具備電極-電解質(zhì)之間大的接觸面積,、較短的電子和離子通道,從而較大地提高了富鎳Li(NixCoyMnz)O2材料的電化學(xué)性能,。


預(yù)處理改性


Kang等用一種弱酸NH4PF6對(duì)鎳鈷錳三元材料進(jìn)行了預(yù)處理,,結(jié)果表明,該材料的循環(huán)性能有所提高,這有可能是材料表面被預(yù)處理過(guò)程中產(chǎn)生的氟化物侵蝕而鈍化所引起的,。但是經(jīng)過(guò)預(yù)處理的三元材料的倍率性和循環(huán)性能在一定程度上有所變差,,所以預(yù)處理改性還沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用。


參考來(lái)源:

王可珍等.鋰離子正極三元材料的制備與改性研究

邵奕嘉等.三元鎳鈷錳正極材料的制備及改性

董生德等.用于鋰離子電池鎳鈷錳三元正極材料的改性研究進(jìn)展

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作者:墨玉

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