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行业百科

镍钴铝酸锂三元正极材料的制备方法

发布时间:2021/04/02 09:17:53    访问量:130 次

镍钴铝三元锂电池电化学能作为一种储能方式,可以将化学能转化为电能,是最具发展潜力的新能源之一。锂离子电池的出现源自1980 年,十几年后索尼公司就实现了锂离子的商业化应用。其正负极之间的反应被形象的称为“摇椅式反应”。在充电和放电过程中,锂离子经历了从正极材料脱出,经电解质扩散,嵌入到负极再由从负极材料脱离,经电解质回到正极材料。在锂离子受到关注之前,铅酸电池和镍镉、镍氬电池是主要的二次电池。但由于铅酸电池密度大,从而导致能量密度低,并且铅元素会污染环境并对人体有毒;镍镉电池中因含有镉,也对环境有污染,并且存在记忆效应,即每.次充电前都必须放电,才能充电。

郁亚娟等的研究结果表明:在产生相同电能的条件下对环境的污染程度由重到轻依次为:镍镉电池铅酸电池、锂离子电池。镍氢电池耐热性能差,当电池温度高于45C,寿命就会大幅度下降,并且耐过充能力差。自锂电池问世以来,其优越的特点使其迅速得到了广泛的应用,这主要归功于其优越的高能量密度。锂元素在元素周期表排序仅为第3,相对分子量仅为6.94,而铅、镍、镉的相对分子量分别为207.2.58.59112.41。因此锂离子电池的密度一般较低,能量密度相应较高。一个锂离子电池的质量约为铅酸蓄电池的1/5~1/6, 而目前常用的锂离子电池密度可高达450~620Wh/kg,约为铅酸蓄电池的5~7倍。除此之外,锂电池的工作电压较高,3~4V,大约是镍镉电池和镍氢电池的3倍。锂离子电池循环寿命也较长,一般可达到300~800次,甚至有些种类的锂离子电池可以达到2000次以上。电池的自放电率对其存放时间有较大的影响。

锂离子电池的自放电率低,在25C下储存1个月后,单个锂离子电池的损失量{自放电率)1~2%,而镍镉电池的自放电率为25~30%, 镍氬电池的自放电率为30~35%。锂离子电池通常按照正极材料的不同进行分类,常见的有锰酸锂镍酸锂、钛酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂、三元锂电池。因能量密度较高和相对成本较低的原因,三元锂电池逐渐取代磷酸铁锂、锰酸锂、钛酸锂和钴酸锂电池,成为了应用最广的二次电池。

三元锂电池是由镍盐、钴盐、锰盐或者镍盐、钴盐、铝盐,这3种成分按照一定的比例配制成,分别称为镍钴锰和镍钴铝电池。不同的镍钴铝酸锂的制备方法各有优势和劣势,将两种方法结合,发挥各自的优势使劣势得到弥补是目前的镍钴铝酸锂制备方法的研究方向。虽然制备方法不同,但是镍钴铝酸锂正极材料普遍具有能量密度高、成本低、循环寿命较长,但导电性差、倍率和循环性能不理想的缺点。目前大量的研究侧重于采用掺杂和表面包覆等手段,提高正极材料的电子和离子电导率,阻碍正极材料与电解液发生副反应,生成HF,从而提高正极材料与负极材料间的有效电子和离子传输,提高正极材料的倍率性能和循环性能。目前,使用凤谷陶瓷内胆回转窑两步法制备镍钴铝酸锂加掺杂或包覆改性是制备电学性能较优的镍钴铝酸锂正极材料的理想方法。

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