解析三元材料锂电池的优缺点与安全性

2017-12-05 14:09:37      来源:中国粉体网      编辑:马昆秀      人气:

“三元材料”是指由三种化学成分(元素),组分(单质及化合物)或部分(零件)组成的材料整体,包括合金、无机非金属材料、有机材料、高分子复合材料等,广泛应用于矿物提取、金属冶炼、材料加工、新型能源等行业。

解析三元材料锂电池的优缺点与安全性

习惯上我们说三元材料一般是指镍钴锰酸锂NCM正极材料(实际上也有负极三元材料),Ni,Co,Mn,三种金属元素可以按照不同的配比得出不同种类的三元材料。

通式为LiNi1-x-yCoxMnyO2,常见的配比有111,424,523,622,811,大家注意注意以上比例的排序是N:C:M,中国和国外的叫法不一样。

此外要说的一点就是NCA材料虽然经常和NCM一起被提及,但准确的说算是二元高Ni材料,不能列为三元材料。

  三元材料的合成方法对比

解析三元材料锂电池的优缺点与安全性

化学共沉淀法:一般是把化学原料以溶液状态混合,并向溶液中加入适当的沉淀剂,使溶液中已经混合均匀的各个组分按化学计量比共沉淀出来,或者在溶液中先反应沉淀出一种中间产物,再把它煅烧分解制备出微细粉料。

化学共沉淀法分为直接化学共沉淀法和间接化学共沉淀法。

直接化学共沉淀法是将Li、Ni、Co、Mn的盐同时共沉淀,过滤洗涤干燥后再进行高温焙烧。间接化学共沉淀法是先合成Ni、Co、Mn三元混合共沉淀,然后再过滤洗涤干燥后,与锂盐混合烧结;或者在生成Ni、Co、Mn三元混合共沉淀后不经过过滤而是将包含锂盐和混合共沉淀的溶液蒸发或冷冻干燥,然后再对干燥物进行高温焙烧。

与传统的固相合成技术相比,采用共沉淀方法可以使材料达到分子或原子线度化学计量比混合,易得到粒径小、混合均匀的前驱体,且煅烧温度较低,合成产物组分均匀,重现性好,条件容易控制,操作简单,商业化生产采用此方法。

固相合成法:一般以镍钴锰和锂的氢氧化物或碳酸盐或氧化物为原料,按相应的物质的量配制混合,在700~1000℃煅烧,得到产品。该方法主要采用机械手段进行原料的混合及细化,易导致原料微观分布不均匀,使扩散过程难以顺利地进行,同时,在机械细化过程中容易引入杂质,且煅烧温度高,煅烧时间长,反应步骤多,能耗大,锂损失严重,难以控制化学计量比,易形成杂相,产品在组成、结构、粒度分布等方面存在较大差异,因此电化学性能不稳定。

溶胶-凝胶法:先将原料溶液混合均匀,制成均匀的溶胶,并使之凝胶,在凝胶过程中或在凝胶后成型、干燥,然后煅烧或烧结得所需粉体材料。溶胶凝胶技术需要的设备简单,过程易于控制,与传统固相反应法相比,具有较低的合成及烧结温度,可以制得高化学均匀性、高化学纯度的材料,但是合成周期比较长,合成工艺相对复杂,成本高,工业化生成的难度较大。

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