高镍无钴正极材料研究进展

日期:2024-09-19 字号:
DOI
10.19817/j.cnki.issn 1006-3536.2024.08.012


锂离子电池具有放电电压高、放电比容量大、循环使用寿命长等优点,在电子设备如手机、电脑;交通工具如混合动力汽车和纯电动汽车等方面得到广泛使用。正极材料的成本占锂离子电池成本的30%~40%,正极材料是决定电池容量的最关键因素,也是提高能量密度的最关键突破口。钴酸锂(LiCoO2)因具有制作工艺简单、压实密度高、电化学性能较好等优势在电池市场占有一定份额,但是钴具有放射性且资源匮乏,实际比容量只有理论值的50%左右,电池的循环寿命和安全性能差,此外,高毒性也在一定程度上限制了钴的大规模应用。近年来,人们越来越重视在锂离子电池中减少甚至完全消除钴元素的使用。与金属钴相比,金属镍的价格则要便宜很多,全世界已经发现的金属镍的储存量约为钴的14.5倍。镍和钴的化学性质相似,都具有相同的六方层状结构。镍酸锂(LiNiO2)没有过度充电和过度放电的限制,高温时稳定性能较好,自放电率低,而且镍的毒性也远远低于钴,对电解液的要求较低,是一种比较理想的锂离子电池材料。


1

高镍无钴正极材料的制备方法


1.1 固相法

固相法因操作简单和成本低廉的优势而得到广泛使用。固相法制备过程如下:将原料按化学计量比机械混合均匀,然后经过高温煅烧使之成相而得到产物。


1.2 溶胶-凝胶法

与固相法相比,溶胶-凝胶法能够更好地控制材料的微观形貌,各组分能够更均匀地混合,制备的正极材料的化学计量比更加精确。溶胶-凝胶法制备工艺较繁琐且制备成本较高,因而未能实现商业化应用。


1.3 共沉淀法

共沉淀法是先将金属盐用去离子水溶解,再通过蠕动泵将沉淀剂溶液逐渐滴加至金属盐溶液中,得到目标形貌的前驱体,最后经高温煅烧得到产物。


1.4 水热法

与上述几种方法相比,水热法除了具有操作简单的独特优势外,还兼具原子级别混合各组分、精确化学计量比和调控材料形貌等特点。水热法具有较高可控性,但水热法制备的材料结晶性差,产量低,不适合工业化生产。


2

高镍无钴正极材料改性研究进展


2.1 体相掺杂

体相掺杂是一种较好的提高材料结构的稳定性,改善材料电化学性能的途径。


2.2 表面包覆

表面包覆能够稳定界面性质,提高锂离子电池的循环稳定性和倍率性能。


3

结语


通过优化制备工艺可以降低高镍无钴正极材料成本,降低阳离子混排程度,提高正极材料的结构稳定性;利用体相掺杂和表面包覆改性方法可以改善材料的电化学性能。高镍无钴正极材料具有低毒性、低成本、高比能的优势,未来应深入研究高镍无钴正极材料的失效机理和复合改性机理,解决其结构不稳定和倍率性能差等问题,随着科技的发展,高镍无钴正极材料将逐步替代含钴正极材料。



END


来源:《化工新型材料》2024年第8期