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【本刊精選】《鋰源及燒結條件對三元材料電化學性能影響》

論文品鑒  Paper traits

【本刊精選】《鋰源及燒結條件對三元材料電化學性能影響》

來源:
《電源技術》編輯部
發布時間:
2019/07/18
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201903期刊載了湖南海利鋰電科技股份有限公司汪永斌先生的文章鋰源及燒結條件對三元材料電化學性能影響

該文章主要內容:采用高溫固相兩次燒結法,以氫氧化鋰和碳酸鋰為鋰源制備了性能優良的三元正極材料(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2),研究表明以氫氧化鋰低溫制備的材料其綜合電性能表現更加優異。在室溫25 ℃,高電壓范圍3.0~4.45 V下,扣式電池1 C放電比容量達到171 mAh/g,400次充放電循環,容量保持率達到91%。

該文主要值得注意的要點:

1鋰源及燒結條件會直接影響制備材料的物化特性

2采取適宜燒結條件氫氧化鋰為鋰源制備的材料性能表現更為優異

摘抄該文部分內容如下

三元正極材料LiNixCoyMn1-x-yO2,由于具有高電壓、高比能量密度、好循環性能以及低廉價格等優點,迅速占領了鋰離子動力電池正極材料市場[1-2]。高鎳三元正極材料523622811NCA對燒結條件要求隨著鎳含量的提升而趨于苛刻提高充電電壓會對材料的循環穩定性和安全性能提出嚴峻挑戰[5-6]

不做改性并提高材料容量和循環性能為前提,采用不同鋰源兩段燒結的方法制備了LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2,著重研究所制材料樣品在高電壓下(34.45 V容量和循環性能,探究不同燒結條件對性能影響程度,為進一步改LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2循環穩定性和加快實際應用奠定理論基礎。

1 材料制備

按照LiM化學計量比1.011.12, M前驅體中NiCoMn總量,將贛鋒鋰業鋰源和邦普循環三元前驅體入轉速50 r/min斜式混料機混合均勻。

燒結分兩次進行。第一次,混合材料置于燒結爐內,在空氣氣氛中,以3 ℃/min的速度升溫至700 ,保溫10 h后,開始降溫,控制降溫速率為5 ℃/min降至室溫后,取出燒結后物料,經過破碎研磨,325目篩。第二次,經過過篩的粉料置于燒結爐內,在空氣氣氛中,以3 ℃/min的速度升溫至800950 ,保溫12 h后,開始降溫,控制降溫速率為5 ℃/min至室溫后,取出燒結后物料,經過破碎研磨,325目篩得到LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正極材料。

2 材料表征

使用日本島津X射線衍射儀分析樣品物相,CuK a靶輻射,掃描范圍10°90°,掃描速度2 (°)/min,管電壓40 kV,管電流300 mA。采用掃描電鏡觀察樣品的微觀形貌。使用Malvern3000型激光粒度儀分析樣品的粒度分布。采用智能振實密度儀測試樣品的振實密度,每分鐘振動300次,總共振動3 000次,樣品質量為500 g。使用pH計測試樣品的pH值。

3半電池制作及電化學性能測試

將所制備的正極材料、導電炭黑和聚偏氟乙烯按質量比9055混合,加入適量N-甲基吡咯烷酮,然后以小型真空攪拌機充分攪拌4 h,得到稀稠度適當的活性漿料,小型流延自動涂膜烘干機在鋁箔上均勻涂覆并烘干,將所得極片沖制成直徑為12 mm的小圓片,壓片后在80 下繼續烘干4 h。在高純氬氣保護的手套箱中,組裝成2025型扣式電池。

采用藍電CT2001A型電化學測試儀進行充放電測試,高電壓范圍為34.45 V。組裝完成的電池在室溫25 下,靜置24 h后,首先采用0.1 C倍率,活化充放電三次,然后1 C倍率下進行循環充放電測試。

4 結果與討論

4.1材料結構表征

兩種鋰源制備的三元材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2,分別進行了XRD表征如圖1所示。

4.2 材料形貌表征

不同鋰源制備的三元材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2SEM形貌如圖2和圖3所示兩種方法制備的材料,其晶粒邊界清晰,小單晶的二次團聚顆粒為球形。樣品顆粒都比較均勻,平均粒徑10 μm左右。相比之下,以氫氧化鋰制備的材料,其形狀更加規整

5 電化學性能分析

5.1鋰源對材料電化學性能的影響

三元材料的煅燒過程是一個消耗氧氣并產生廢氣的過程,采用碳酸鋰會產生二氧化碳和水蒸氣,采用氫氧化鋰產生水蒸氣。為不斷提升材料品質,鋰源已逐漸轉向氫氧化鋰。只有使用氫氧化鋰才能得到高品質高鎳正極材料。

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