聚合物鋰電池三元材料研究的幾個(gè)熱點(diǎn)，都在這里了

　　聚合物鋰電池的廣泛應用，這里就不需要過(guò)多贅述了。但是你知道聚合物鋰電池高鎳三元材料三元正極材料的幾個(gè)研究熱點(diǎn)嗎？鎳鈷錳具有高容量比、長(cháng)循環(huán)壽命等特點(diǎn)，此外，三種元素之間具有良好的協(xié)同效應，因此受到了廣泛的應用。用于聚合物鋰電池正極材料，在氧化還原儲能中，鎳是主要的成分，如何通過(guò)提高材料中鎳的含量以有效提高材料的比容量，是目前研究的熱點(diǎn)之一。

一、聚合物鋰電池高鎳三元材料

　　通過(guò)制備工藝的改進(jìn)可以有效改善聚合物鋰電池的材料性能，顆粒的微納尺寸以及形貌結構，在很大程度上決定著(zhù)高鎳三元正極材料的性能。因此目前主要的制備方法是將將不同原料均勻分散，通過(guò)不同生長(cháng)機制，得到比表面積大的納米球形顆粒。

　　在眾多制備方法中，共沉淀法與高溫固相法結合是目前的主流方法，首先采用共沉淀法，得到原料混合均勻、材料粒徑均一的前驅體，然后經(jīng)過(guò)高溫煅燒得到表面形貌規整、過(guò)程易于控制的三元材料，這是目前工業(yè)生產(chǎn)的主要方法。

　　噴霧干燥法較共沉淀法過(guò)程簡(jiǎn)單，制備速度快，所得材料形貌并不亞于共沉淀法，有進(jìn)一步研究的潛力。高鎳三元正極材料的陽(yáng)離子混排和充放電過(guò)程中相變等缺點(diǎn)，通過(guò)摻雜改性和包覆改性能夠有效得到改善。在抑制副反應發(fā)生和穩定結構的同時(shí)，提高導電性、循環(huán)性能、倍率性能、存儲性能以及高溫高壓性能，仍將是研究的熱點(diǎn)。

二、聚合物鋰電池富鋰三元材料

　　下圖為聚合物鋰電池富鋰三元正極材料x(chóng)Li2MnO3·(1-x)LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2(0.1≤x≤0.5)的結構示意圖，由于其特殊的結構，可脫出更多的鋰，具有寬電壓窗口和高比容的優(yōu)勢。

　　這種材料之所有具有高電壓的特點(diǎn)，而且首次充放電機理與后續充電不同：首次充電會(huì )引起結構的變化，這種變化反映在充電曲線(xiàn)上有兩個(gè)以 4.4V 為分界的不同的平臺，第二次充電過(guò)程中，其充電曲線(xiàn)不同于第一次的曲線(xiàn)，由于第一次充電過(guò)程中Li2O從層狀結構的Li2MnO3中不可逆的脫出，在4.5V左右的平臺消失。

　　采用固相法、溶膠凝膠法、水熱法、噴霧熱解法和共沉淀法可以制備出不同結構的富鋰三元正極材料，其中，使用較多的是共沉淀法，且每一種方法均有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

　　富鋰三元材料展現了良好的應用前景，是下一代高容量聚合物鋰電池所需的關(guān)鍵材料之一，但對于大規模應用繼續研究。

　　該材料未來(lái)的研究方向主要為以下幾個(gè)方面：

　?、賹γ撉朵嚈C理的認識不足，無(wú)法解釋材料庫倫效率將低、材料性能差異大等現象；

　?、趽诫s元素研究不夠充分，較單一；

　?、塾捎谠诟唠妷合抡龢O材料受到電解液的侵蝕，造成差的循環(huán)穩定性；

　?、苌虡I(yè)化應用較少，在安全性能方面的考察不夠全面。

三、聚合物鋰電池單晶三元正極材料

　　聚合物鋰電池三元材料在高電壓下，隨著(zhù)循環(huán)次數的增加，二次粒子或團聚態(tài)單晶后期可能會(huì )出現一次粒子界面粉化或團聚態(tài)單晶分離的現象，造成內阻變大、電池容量衰減快、循環(huán)變差。

　　單晶型高電壓三元材料，可以提高鋰離子傳遞效率，同時(shí)減小材料與電解液之間的副反應，從而提高材料在高電壓下的循環(huán)性能。首先利用共沉淀法制備出三元材料前驅體，然后在高溫固相的作用下，得到單晶LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2。

　　這種材料材料具有較好的層狀結構，在3～4.4V下，扣式電池 0.1放電比容量可達186.7m Ah/g，全電池1300次循環(huán)后放電比容量仍為初始放電容量的98%，是一種電化學(xué)性能優(yōu)異的三元正極復合材料。

四、聚合物鋰電池石墨烯摻雜

　　石墨烯具有單層原子厚度的二維結構，結構穩定，電導率可達1×106 S/m。石墨烯用于聚合物鋰電池中具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　?、賹щ姾蛯嵝院?，有助于提高電池的倍率性能和安全性；

　?、谙鄬τ谑?，石墨烯儲鋰空間多，可以提高電池的能量密度；

　?、垲w粒尺度為微納米量級，鋰離子的擴散路徑短，有利于提高電池的功率性能。

　　首先將石墨烯和811型三元材料混合，然后50℃環(huán)境下攪拌 8h，再經(jīng)過(guò)干燥，得到石墨烯/811復合材料。由于石墨烯的改性作用，正極材料的容量、循環(huán)穩定性以及倍率性能都具有顯著(zhù)的提高。

　　在沉淀法制備三元前體時(shí)加入石墨烯，片層結構石墨烯的加入其空腔結構降低了一次顆粒的團聚，緩解外壓從而減少二次顆粒碾壓的破碎，石墨烯的三維導電網(wǎng)絡(luò )提高了材料高倍率性和循環(huán)性能。

五、聚合物鋰電池電解液

　　聚合物鋰電池三元材料由于具有高電壓窗口，受到了越來(lái)越多的關(guān)注與研究。然而，由于目前商業(yè)用的碳酸酯基電解液電化學(xué)穩定窗口低，高壓正極材料至今仍未產(chǎn)業(yè)化。

　　當電池電壓達到4.5(vs.Li/Li+)左右時(shí)電解液便開(kāi)始發(fā)生劇烈的氧化分解，導致電池的嵌脫鋰反應無(wú)法正常進(jìn)行。通過(guò)開(kāi)發(fā)和應用新型的高壓電解液體系或者高壓成膜添加劑來(lái)提高電極/電解液界面的穩定性是研發(fā)高電壓型電解液的有效途徑。

　　在儲能體系中，目前主要以離子液體、二腈類(lèi)有機物和砜類(lèi)有機溶劑，作為高電壓三元材料的電解液。具有低熔點(diǎn)、不可燃、低蒸汽壓和高離子電導率的離子液體表現出了優(yōu)異的電化學(xué)穩定性能，受到了廣泛的研究。

　　將具有高壓穩定性的新型溶劑全部或部分代替目前常用的碳酸酯溶劑確實(shí)能有效提高電解液的氧化穩定性。并且大部分的新型有機溶劑具有可燃性低等優(yōu)點(diǎn)，有望從根本上提高聚合物鋰電池的安全性能，但大部分的新型溶劑還原穩定性差和粘度高，導致電池負極材料的循環(huán)穩定性及電池的倍率性能降低。

六、聚合物鋰電池表面活性劑

　　聚合物鋰電池三元正極材料性能取決于制備方法，采用共沉淀法制備，通過(guò)表面活性劑、超聲振動(dòng)和機械攪拌協(xié)同作用，最后將制備的片狀前驅體與碳酸鋰通過(guò)高溫退火，生長(cháng)成三元層狀結構，是目前采用的一種新型的三元正極材料合成工藝。

　　發(fā)現使用OA和PVP作為表面活性劑能制備出形貌優(yōu)異的正六邊形納米片狀正極材料前驅體，且所得納米片的粒度分布較均勻，尺寸為400nm左右，表面活性劑對前驅體有很好的控形作用，組裝的電池在1C的放電倍率下的首次放電比容量為157.093mAh·g-1，在 1C、2C、5C和10C的放電倍率下各循環(huán)50次后容量保持率大于92%，體現出良好的電化學(xué)性能。

七、聚合物鋰電池微波合成

　　制備聚合物鋰電池三元正極材料的主要方法中，固相法、共沉淀法和溶膠凝膠法都需要通過(guò)高溫燒結數小時(shí)，耗能大，制備工藝復雜。微波加熱是在電磁場(chǎng)中材料產(chǎn)生介質(zhì)損耗而引起的體加熱，加熱速度快且均勻，合成的材料往往也具有更優(yōu)異的結構和性能，是一種非常有潛力的合成正極材料的方式。

　　將鋰源與計量比的前驅體混合后置于微波爐中，抽真空并通入氧氣，通過(guò)控制微波功率以實(shí)現不同速率的升溫，加熱到750℃后燒結20 min，自然冷卻至室溫得到正極材料。

　　利用XRD、SEM和充放電等手段，對合成材料的結構、微觀(guān)形貌和電化學(xué)性能進(jìn)行了表征。實(shí)驗結果表明，在1300W的輸出功率的微波中合成的正極材料，在0.2C充放電條件下，首次放電比容量高達185.2mAh/g，庫倫效率為84%，循環(huán)30次后保持92.3%的容量（2.8～4.3 V）。

八、聚合物鋰電池紅外合成

　　在紅外線(xiàn)照射被加熱的物體時(shí)，當發(fā)射的紅外線(xiàn)波長(cháng)和被加熱物體的吸收波長(cháng)一致時(shí)，被加熱的物體吸收紅外線(xiàn)，物體內部分子和原子 發(fā)生“共振”，產(chǎn)生強烈的振動(dòng)、旋轉，而振動(dòng)和旋轉使物體溫度升高，達到加熱的目的。

　　利用這一加熱原理，可以用于制備三元正極材料。采用新型紅外加熱焙燒技術(shù)制備三元材料，首先將鎳鈷錳鋰乙酸鹽加水混合均勻，然后加入一定濃度的葡萄糖溶液，真空干燥得到的粉末在紅外箱中350℃焙燒1h，然后在900℃氮氣氣氛下焙燒3h，一步制得碳包覆的333型三元正極材料，在2.8～4.5V電壓范圍內，1C放電50圈，容量保持率高達94%，首圈放電比容量達170mAh/g，5C為75mAh/g，大倍率性能有待改善。

　　后來(lái)還在嘗試中頻感應燒結技術(shù)，采用200℃/min升溫速率，900℃下加熱3h，制備了粒徑均勻分布在300～600nm的333材料，該材料循環(huán)性能優(yōu)異，但大倍率充放電性能有待完善。

九、聚合物鋰電池等離子體合成

　　采用傳統的高溫煅燒法制備聚合物鋰電池三元正極材料時(shí)，需要的合成溫度高、煅燒時(shí)間長(cháng)，能量損失大。

　　研究發(fā)現，在低溫等離子體環(huán)境中，各反應物的化學(xué)活性高，化學(xué)反應速度快，可以實(shí)現三元正極材料的快速制備。將鎳鈷錳的氧化物與碳酸鋰混合均勻，然后在放入等離子體發(fā)生裝置中，在通入氧氣的條件下，600℃反應20~60分鐘得到三元正極材料Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2。

　　制備的正極材料具有高的初始放電比容量218.9 mA h·g-1，同時(shí)循環(huán)穩定性、倍率性和高溫性能也由于采用傳統方法制備的材料。

十、廢舊電池制備三元正極材料

　　聚合物鋰電池的正極材料成本占30%-40%，因此，可以通過(guò)回收廢舊電池正極材料，利用制備工藝回復正極材料的儲能性能，能夠很大程度上降低聚合物鋰電池成本。

　　鶴壁市諾信電子有限公司，是國內專(zhuān)業(yè)的聚合物鋰電池廠(chǎng)家，總部位于鶴壁經(jīng)濟開(kāi)發(fā)區淇濱區海河路131號。自成立以來(lái)，諾信一直致力于聚合物鋰電池的研發(fā)、生產(chǎn)與銷(xiāo)售，業(yè)務(wù)范圍包括航模電池、車(chē)模電池、無(wú)人機電池、植保機電池、FPV穿越機電池、智能電池、石墨烯電池等多領(lǐng)域，為客戶(hù)提供高安全性，高品質(zhì)電池及成套電池系統解決方案。

本文鏈接：http://www.xiutv647.com{dede:field.arcurl/}

諾信新聞,諾信公司新聞,鋰電池行業(yè)新聞,展會(huì )新聞