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过量Li对LiNi1/3Co11/3Mn1/3O2 锂离子电池正极材料导电性能的研究文献综述

 2020-05-26 20:48:58  

近20年来,由于便携式电器设备的发展普及、电动汽车的研发、UPS电源、医疗仪器电源、军用装备、以及空间技术的发展等等,都迫切要求提供能量及功率密度大、性能安全可靠、环境负效应小、价格适中、长工作寿命、以及免维护的小型分立的、可反复使用的移动电源,这给化学电源技术的发展提供了强大的推动力。与此同时,化学电源技术的高速发展和不断创新,也快速的推动着相关领域的技术不断更新和发展。

锂离子电池因其具有电压高、比能量大、无污染、无记忆效应和寿命长等优点而备受关注。锂离子电池的发展很大程度上依赖于电池材料性能的提高,近几年来纳米技术在电池材料制备上的应用使锂离子电池性能有了很大的改进。

锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。锂电池大致可分为两类:锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池不含有金属态的锂,并且是可以充电的,如今最常用的”锂电池#8217;实际上就是指锂离子电池。锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。

锂离子电池由三个部分组成:正极、负极和电解质。电极材料都是锂离子可以进入也可以出来的材料。

正极一般为锰酸锂或者钴酸锂,镍钴锰酸锂材料(俗称三元)或者三元 少量锰酸锂,纯的锰酸锂和磷酸铁锂则由于体积大、性能不好或成本高而逐渐淡出。:放电时锂离子进入电极,充电时锂离子离开电极。如,充电时:LiFePO?→ Li1-xFePO? xLi xe 放电时:Li1-xFePO? xLi xe →LiFePO?

负极材料多采用石墨。 负极反应:放电时锂离子脱插,充电时锂离子插入。充电时:xLi xe 6C →LixC6 放电时:LixC6 → xLi xe 6C

电解质中的溶质常采用锂盐,如高氯酸锂(LiClO4)、六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)。由于电池的工作电压远高于水的分解电压,因此锂离子电池常采用有机溶剂,如乙醚、乙烯碳酸酯、丙烯碳酸酯、二乙基碳酸酯等。有机溶剂常常在充电时破坏石墨的结构,导致其剥脱,并在其表面形成固体电解质膜导致电极钝化。有机溶剂还带来易燃、易爆等安全性问题。

镍钴锰酸锂以相对廉价的镍和锰取代了钴酸锂中三分之二以上的钴,成本方面优势非常明显,和其他锂离子电池正极材料锰酸锂、磷酸亚铁锂相比,镍钴锰酸锂材料和钴酸锂在电化学性能和加工性能方面非常接近,使得镍钴锰酸锂材料成为新的电池材料而逐渐取代钴酸锂,成为新一代锂离子电池材料的宠儿。

制备镍钴锰酸锂可以使用模板法。模板由一些”纳米反应器”构成,这些”纳米反应器”为原子的成核和生长提供了场所。当前驱体与模板充分作用后,”纳米反应器”的大小和形状就决定了产物的尺寸和形状,最后脱去模板得到物物。模板法根据模板剂选取的不同可简单分为:”硬模板法”和”软模板法”两种。

”硬模板法”主要是利用一些具有刚性结构的物质为模板,如阳极氧化铝膜、多孔硅、分子筛、胶态晶体、碳纳米管和限域沉积位的量子阱等。”软模板法”主要采用两亲分子形成的各种有序聚合物为模板,如液晶、胶团、微乳状液、囊泡、LB 膜、自组装膜以及高分子的自组织结构和生物大分子等。由于模板剂类别不同,上述两种方法的合成原理有很大差异。”硬模板法”主要是依靠前驱体在预先制备好的刚性模板的纳米级孔道中生长而实现,而”软模板法”是当模板剂的浓度达到一定值后,可以在溶液中形成胶束,从而引导前驱体的生长,最终生成具有一定形状的纳米结构材料。

模板法合成过程中一个十分关键的步骤是模板剂的脱去,目前常见的两种方法是煅烧法和萃取法。煅烧法是在一定温度下,将有机-无机复合结构经氧化烧结,使模板剂内部化学键断裂分解,并最终氧化成CO2 和H2O 等小分子物质除去,此法可以彻底去除模板,但是对于孔状结构的破坏很大。萃取法是用合适的溶剂浸泡有机-无机复合体系,利用溶剂对有机模板剂的溶解作用,将模板剂萃取出来,此法虽说对孔状结构的破坏很小,应用范围却很有限,而且操作周期长。在实际操作过程中要根据不同的模板选择适当脱去模板的方法。

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