鋰電池正極材料一般制備方法
研究的熱點(diǎn)主要集中在層狀LiMO2和尖晶石型LiM2O4結(jié)構(gòu)的化合物及復(fù)合兩種M(M為Co,Ni,Mn,V等過渡金屬離子)的類似電極材料上。作為鋰離子電池的正極材料,Li+離子的脫嵌與嵌入過程中結(jié)構(gòu)變化的程度和可逆性決定了電池的穩(wěn)定重復(fù)充放電性。正極材料制備中,其原料性能和合成工藝條件都會(huì)對(duì)最終結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。多種有前途的正極材料,都存在使用循環(huán)過程中電容量衰減的情況,這是研究中的首要問題。已商品化的正極材料有Li1-xCoO2(0
1)固相法一般選用碳酸鋰等鋰鹽和鈷化合物或鎳化合物研磨混合后,進(jìn)行燒結(jié)反應(yīng)[10]。此方法優(yōu)點(diǎn)是工藝流程簡單,原料易得,屬于鋰離子電池發(fā)展初期被廣泛研究開發(fā)生產(chǎn)的方法,國外技術(shù)較成熟;缺點(diǎn)是所制得正極材料電容量有限,原料混合均勻性差,制備材料的性能穩(wěn)定性不好,批次與批次之間質(zhì)量一致性差。
2)絡(luò)合物法用有機(jī)絡(luò)合物先制備含鋰離子和鈷或釩離子的絡(luò)合物前驅(qū)體,再燒結(jié)制備。該方法的優(yōu)點(diǎn)是分子規(guī)模混合,材料均勻性和性能穩(wěn)定性好,正極材料電容量比固相法高,國外已試驗(yàn)用作鋰離子電池的工業(yè)化方法,技術(shù)并未成熟,國內(nèi)目前還鮮有報(bào)道。
3)溶膠凝膠法利用上世紀(jì)70年代發(fā)展起
來的制備超微粒子的方法,制備正極材料,該方法具備了絡(luò)合物法的優(yōu)點(diǎn),而且制備出的電極材料電容量有較大的提高,屬于正在國內(nèi)外迅速發(fā)展的一種方法。缺點(diǎn)是成本較高,技術(shù)還屬于開發(fā)階段[11]。
4)離子交換法Armstrong等用離子交換法制備的LiMnO2,獲得了可逆放電容量達(dá)270mA·h/g高值,此方法成為研究的新熱點(diǎn),它具有所制電極性能穩(wěn)定,電容量高的特點(diǎn)。但過程涉及溶液重結(jié)晶蒸發(fā)等費(fèi)能費(fèi)時(shí)步驟,距離實(shí)用化還有相當(dāng)距離。
正極材料的研究從國外文獻(xiàn)可看出,其電容量以每年30~50mA·h/g的速度在增長,發(fā)展趨向于微結(jié)構(gòu)尺度越來越小,而電容量越來越大的嵌鋰化合物,原材料尺度向納米級(jí)挺進(jìn),關(guān)于嵌鋰化合物結(jié)構(gòu)的理論研究已取得一定進(jìn)展,但其發(fā)展理論還在不斷變化中。困擾這一領(lǐng)域的鋰電池電容量提高和循環(huán)容量衰減的問題,已有研究者提出添加其它組分來克服的方法[12][13][14][15][16][17]。但就目前而言,這些方法的理論機(jī)理并未研究清楚,導(dǎo)致日本學(xué)者Yoshio.Nishi認(rèn)為,過去十年以來在這一領(lǐng)域?qū)嵸|(zhì)進(jìn)展不大[1],急須進(jìn)一步地研究。