锂离子电池三元正极材料.pptx

锂离子电池正极材料——三元材料;2;概 述;概 述;钴酸锂;LiNixCoyMnzO2;;目前商业化三元材料;各元素的作用; 研究方向 寻求合适的Ni、Co、Mn配比 提高振实密度（NCM的压实密度低3.6g/cm3；LCO为3.9g/cm3） 高温胀气，尤其是高Ni时 稳定性和倍率性能差——离子掺杂、表面包覆;LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2属于α-NaFeO2层状结构，即六方晶型，R-3m空间群。Li+位于3a位，过渡金属离子M(M=Mn, Co, Ni)位于3b位；O位于6c位，为立方紧密堆积，与过渡金属离子M构成MO6八面体，过充时LixNi1/3Co1/3Mn1/3O2(x0.15)呈现一种核壳结构，核是菱形六面体结构，壳是CdI2结构，使释放氧的温度提高，从而使该材料具有更好的热稳定性。 ;在LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2三元材料中，Ni、Co、Mn分别以+2、+3、+4价存在，也存在少量的Ni3+和Mn3+ 充放电过程中除了有Co3+/4+的转变外，还存在Ni 2+/3+和Ni 4+/3+的电子转移，使材料具有???高的比容量，Mn4+的存在稳定了结构。理论容量278mAh/g。;制备方法;高温固相法 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，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。 ;水热合成法： 水热合成技术是指在高温高压的过饱和水溶液中进行化学合成的方法，属于湿化学法合成的一种。利用水热法合成的粉末一般结晶度高，并且通过优化合成条件可以不含有任何结晶水，且粉末的大小、均匀性、形状、成份可以得到严格的控制。水热合成粉末纯度高，晶体缺陷的密度降低。;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，目前工业上已有规模生产。 ;制备方法;循环性能测试：测试循环一定次数后容量保持率的大小；容量大小；容量衰减程度 倍率性能测试： 以一定倍率放电，看平均电压及容量保持率。平均电压越高越好。 高低温性能测试：在低温、常温、高温下电压降的多少，容量保持率多少。 首次充放电曲线：首次充电比容量；首次放电比容量；首次充放电效率 ;荷电保持能力测试：满电态，常温搁置，之后进行放电容量测试，放到一定电压后看容量保持率。 快速充放电能力测试：以不同倍率充电，看不同倍率充电容量与最小倍率充电容量的比值；看恒流容量与充电容量的比值，越大越好。 安全性能测试：过冲：满电态电池以一定电流过冲到一定电压，继续恒压充电电池不燃不爆。看电池初始温度和最高温度，计算温升多少。 短路测试：看有烟冒出还是起火，最高温度是多少，有无造成起火爆炸。 针刺 ;循环-伏安测试：一般采用三电极体系，金属锂片作为参比电极，通过循环伏安曲线，可以得到在设定的电压范围内，电极极化电流随电极电位的变化而发生的化学反应；通过不同的氧化还原峰的位置和强度，可以分析该电极所进行的反应类型和电化学机理；根据在固定电位的重复扫描可以判断测试材料的可逆性。氧化还原峰对称说明充放电过程中结构稳定。 交流阻抗EIS测试：交流阻