鋰離子電池正極材料錳酸鋰的合成與改性研究

2022-08-24 18:15:03 字數 907 閱讀 2377

目前,製備尖晶石型正極材料的方法主要有兩大型別:一是固相合成法;二是液相合成法,除此還有其他一些合成方法。克服尖晶石型作為鋰離子電池正極材料的不足,改進現有的合成工藝,積極索求新的合成方法,對尖晶石型進行改性研究以提高鋰離子電池的初始比容量,改善其迴圈效能,提高其容量保持能力是今後鋰離子電池發展的新趨勢。

在兩大類方法中,固相合成法包括:高溫固相法、機械化學法、熔鹽浸漬法、微波燒結法和固相配位法等。而液相合成法有:

法、溶膠凝膠法、離子交換法、共沉澱法、水熱合成法等。其他合成方法有乳化乾燥法、流變相法、點火燃燒法、超聲波噴射法和成核/晶化隔離法等。在這眾多製備方法中,製備的尖晶石型都存在容量損失,尤其在高溫條件下(55℃以上),無論在迴圈過程還是充放電儲存過程,均存在不可逆容量損失,使得其迴圈壽命縮短。

為改善尖晶石型的高溫容量衰減問題,提高其迴圈效能,延長其迴圈壽命,需對尖晶石型正極材料進行大量的改性研究。目前,常用的改善方法有三種:(1)合成工藝改進;(2)摻雜改性;(3)表面修飾。

合成工藝對材料的電化學效能具有較顯著的影響,這是因為不同的合成工藝得到的材料的粒度、形貌、比表面積、結晶性和晶格缺陷等有著明顯差異,而這些因素對鋰離子的「嵌入-脫出」反應有著決定性的影響。因此,尋找一種既能得到效能良好而且適合工業化生產的合成工藝是鋰離子電池大規模生產,實現商業化的前提。

摻雜雜質離子對穩定尖晶石型正極材料的結構、改善尖晶石型效能有重大幫助。其摻雜目的是增強尖晶石型結構的穩定性,提高錳的平均氧化數,抑制效應。目前常用的摻雜方法有兩種:

(1)復合摻雜,即摻雜金屬元素的同時用電負性強的負離子替代,以提高錳的氧化數;(2)用多價金屬離子代替尖晶石型中的。

尖晶石型的在高溫(高於55℃)下存在嚴重的容量衰減問題,而對尖晶石型進行表面改效能改善其高溫效能,解決其能量衰減過多、過快問題。研究表明,經表面修飾後的尖晶石因為其表面尖晶石晶格中位上的被取代,迴圈後仍能保持其晶格結構的穩定。

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