三元正极材料设计及制备工艺_张仲懿.pdf
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1、第 卷第 期功能材料与器件学报.,.年 月 ,文章编号:():收稿日期:;修订日期:作者简介:张仲懿(),男,硕士,助理工程师,主要研究方向为锂电池动力系统产品可靠性(:)通信作者:程 琦(),男,博士,高级工程师,主要研究方向为锂电池绿色资源化回收利用(:)三元正极材料设计及制备工艺张仲懿,王致富,王 皓,王晓飞,徐治伟,程 琦(广东邦普循环科技有限公司,佛山,;中汽研汽车检验中心(武汉)有限公司,武汉,)摘要:三元正极材料作为主流正极材料在安全、寿命、成本等指标上相比钴酸锂材料更加有优势。广泛应用于新能源汽车、船舶、储能等诸多领域,成为现阶段最具发展潜力的正极材料。本文综述了三元正极材料的
2、设计以及产业化的主流方法,详细的分析了三元正极材料从设计,原料,前驱体,成品的各个环节的主要影响因素,并展望了未来三元正极材料的“无钴化”发展趋势。关键词:锂离子电池,三元正极材料,层状结构,前驱体,煅烧中图分类号:文献标识码:,(,;(),):,:;引言经过 年新能源寒冬后,随着“双碳”政策目标的提出带动了新能源汽车行业的爆发式增长。中国 年产出锂离子电池,增长幅度,其中消费、动力、储能领域分别较上一年增长、。锂离子电池使用量的增加带动了锂电材料迅猛增长,正极材料增幅也接近翻倍。正极,负极,隔膜,电解质是锂离子电池的重要组成部分,其中正极材料是电池电化学性能的决定性材料。市场上常用的正极材料
3、有三类:层状结 构(、);尖 晶 石 结 构();聚阴离子结构()。与钴酸锂相比,三元正极材料在放电比容量和高温稳定性方面更优。三元正极材料大规模应用于新能源汽车,少部分用于消费电子和储能领域。考虑到政策向新能源汽车倾斜,电动车续航里程不断逼近燃油车的趋势下,三元正极材料应用前景将会相当广阔。三元正极材料设计按元素对三元正极材料分类,有两种:等量型和富镍型。等量型如,为 价,为 价,为 价为稳定结构,充电过程中,变成。富镍型如 型,型,由、价氧化成,所以富镍型容量越高,但可逆性差,钴含量高的导电性好,充放电倍率也越好。综上所述,随着 含量升高,比容量提高。但是 的半径与 的半径相近,会占据 的
4、 位置而发生锂镍混排,锂镍混排会造成材料的性能变差。材料的稳定性下降,循环性能变差。所以总的来说,起到稳定结构的左右,电化学性能主要是由 和 参与反应导致。所以在设计三元材料时候必须考虑到各个元素的平衡。倍率 含量升高,材料的倍率性能增强。倍率性能是考察电子和离子扩散速度的。以为 半径较大,和 的极化力小于。这样就使得 层之间的范德瓦尔斯力小于钴酸锂,键能的减弱导致 键能增强,那么锂离子扩散所需要的能量就高,倍率性能就弱于钴酸锂材料。高温稳定性 含量升高,含量降低。材料的高温下高电压下的循环性能增强。高温下 离子位置不变,层状结构就不会变化为尖晶石结构,所以三元正极材料的高温稳定性强于钴酸锂材
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