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摘要:针对锂离子电池而言,在很大程度上其能否是实现持续提高性能,主要受限于正极材料。对此,本文将简要分析正极材料的有关研究进展。
关键词:研究进展;正极材料;锂电池
引言:锂离子电池以往所采用正极材料,当前在此方面的研究愈发成熟,可依然有一些瓶颈问题无法克服。面对这样的情况,进行廉价、新型正极材料的研发,已经成为一大热点研究课题。
一、研究进展分析
(一)镍钴铝酸锂
三元材料,其所呈现的晶体结构和
类似,从属于
型
空间点群。类似于
,
用于锂电池的正极材料,在一定程度上电化学性直接和所含过渡金属相关,当中含量较高的
为材料到来更高容量;
主要发挥促进材料结构稳定的作用,同时还能有效避免阳离子混排;虽然
没有电化学活性,可是依然在材料结构稳定方面起到重要作用。
材料即使循环性能优良,而且当前已经成功运用于到电动汽车产业,目前依旧有一些技术问题需要处理,比如纯相结构获得难度大、较低的充电效率、不理想的高温性能等。
材料常见的改性方法体现出在物理性能、电化学性能上。前者基本原理为将现有生产工艺优化,例如搅拌的速度及方式、原材料浓度以及烧结时间等;后者基本原理针对
材料实施表面改性、离子掺杂等方法,促进其电子、离子原有的导电能力与传输能力提高,由此使得电化学性能增强。例如以固相反应进行
材料制备,并且能够在表面均匀裹挟
保护膜,通过这样的做法,正极材料避免由于和电解液过度接触而出现副反应,在温度是
、
时,通过检测得到其放电比容量超过
,在1C下经过100次循环能达到超过63%的容量保持率。也有研究人员通过固相低温烧结在
纳米材料中掺入F元素,让其一部分用于氧原子的取替,在一定程度上表面
离子降低原本含量,让其在高温、高倍率等条件下的循环性能均显著提高。
镍钴锰酸锂
材料用作正极材料,其可以在实际放电中拥有更稳定的结构,一方面避免
效应的发生,另一方面拥有更高的比容量高的同时相比
成本更低,但存在的不足是电子较低的电导率以及振实密度等。与此同时,若是三元组成当中所含Ni2+偏高依然有可能出现锂镍混排现象,锂进入到镍位无法在充放电时及时脱出,不仅减小了比容量还会影响到循环性能
改性常见方法是离子掺杂、又换电解液添加剂等。当前,有关研究人员将质量分数为
包裹在
表面之后,出于截止电压
,
下第一次放电比容量检测为
,且经过50次循环保持率超过
。现阶段,通过放电和充电截止电压的提高,促进比容量提高成为三元材料的使用主流趋势,而且在高电压条件下,怎样让电解液在进行分解时适配于三元材料,仍旧属于主要的研究方面。
(三)镍锰酸锂
关于 ,比容量在理论上能达到280mAh/g,并且其动力学和热力学相对稳定,经常适用于动力锂电池正极材料,可是
在具体应用过程中依然存在很多问题,例如第一次充电时容量损失是不可逆的,而且充放电效率偏低,出现这种问题的主要原因为如何电压超过4.5V,
中的氧原子以及
离子同时脱出,从而使得部分容量损失无法改变;因为
离子半径
与
离子半径
相近,很容易导致两种离子重排,这样也会引发不必要的容量损失,与此同时,
材料较低的电导率也会在现实中限制其大范围推广应用。当前,一些研究人员提出,如果采取共沉淀法进行
的制备,不仅放电比容量会提高并且其循环性能优良。如果充放电过程中的电流密度是
,同时电压区间范围时
,
在温度为
时,第一次放电比容量可以达到
,在循环47次之后依然能让容量保持率高出
。采用这种方法成功制备出的
材料,之所以拥有优良性能主要是由于碳酸根离子具备较高稳定性,能够形成均衡尺寸、规整形貌的球状
纳米颗粒,这在一定程度上避免产生杂相材料。
二、推广受阻分析
虽然研究人员通过离子掺杂、改进合成等相关方式方法,改善了这些正极材料的有关性能,可是在产业化过程中未能达到预期应用效果,推广应用受阻的原因如下:研究人员倾向于尽可能提高材料的电化学性能,因此会忽略工业领域重视的加工性能,未能立足微观形影响加工性能方面展开研究。当前,正极材料主要是通过固相合的方式应用在工业生产领域,这样技术也愈发成熟。可有关掺杂改性更多是以液相法作为基础,这种方法具备材料混合均衡、较低后处理温度等很多优势,但其缺点为难以控制生产条件,很难实现批量化生产等,由此导致其难以在工业生产中运用。当前出现的一些制备新工艺主要体现在液相法上,没有针对固相合成开展充分的改进研究。虽然对材料优化表面修饰改性,已经在实验研究阶段获得理想成果,比如在表明包裹方面最成功的案例——碳包覆工艺,即便如此也未能广泛应用在产业化中。导致该问题的原因为,表面修饰会涉及到工艺工序的增加又受限于材料成本,因此要在改性提升的同具备较高性价比,才能真正实现大规模的产业化应用。
结束语:实际上,因为 拥有的巨大优势,当前依然是正极材料的首选。针对三元材料而言,一方面能量密度较高,另一方面材料拥有更高安全性且能做到稳定循环,在各种正极材料中正在提高其使用量占比;关于磷酸铁锂,凭借低廉价格和突出的安全性能,在动力电池中属于正极材料的第一选择;
不只是制备成本低,并且材料的安全性高,因此具有强大的发展潜力。仅采用一种正极材料会暴露出很大缺点,若是能够把两种或者多种不同性质的材料,以物理或是化学方式复合,形成科学配比及高效复合方法,则能实现材料性能的优势互补,从而充分发挥协同效应,远比单一正极材料的结果更加稳定、安全性能更强。
参考文献:
[1]王亚平,胡淑婉,曹峰.锂离子电池正极材料研究进展[J].电源技术,2017,41(04):638-640.
[2]郭红霞,乔月纯,穆培振.锂离子电池正极材料研究与应用进展[J].无机盐工业,2016,48(03):5-8+51.