论文部分内容阅读
LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2同为α-NaFeO2结构,而且Ni、Co、Mn又为同周期的相邻元素,因此它们具有很好的结构互补性,能以任意比例混合形成具有同样层状结构固溶体,同时,Ni、Co、Mn又有很好的电化学协同效应。作为锂离子电池正极材料,层状三元镍钴锰酸锂具有比容量高、循环性能好,成本低、安全性好等优点。本研究选择以Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2和Li2CO3为原料,通过混料,改善烧结工艺等手段,探索高性能三元材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2的工业化路线,主要研究内容如下：(1)设备的选型和研发。混料是此工业路线的关键点之一,前躯体(Ni0.5Co0.2Mn0.3)(OH)2和Li2CO3需要在微米级混合均匀而又不破坏前躯体的形貌,同时需要碳酸锂和前躯体能够粘合在一起。根据混合的要求,我们放弃了传统的锥形双螺旋混料机和斜式研磨混料机,提出了高效精密混合机,材料在混料机内高速无规则三维运动,无死角,实现快速均匀混合材料。焙烧工艺是另一个关键点,采用密封的回转式均匀焙烧炉,材料在炉内随着炉膛不停的运动,不仅焙烧均匀,而且和氧气接触充分防止缺氧,保证材料的优异性能。(2)对烧结工艺中预烧时间、焙烧温度、焙烧时间、焙烧气氛、锂加入比例等进行了优化。采用X射线衍射分析技术(XRD),扫描电镜(SEM),电化学阻抗测试(EIS),恒流充放电测试等方法对通过不同的工艺参数材料的物理化学特性进行表征对比。烧结工艺中工艺参数确定为：预烧温度600℃,预烧时间7h,焙烧温度900℃,焙烧时间12h,锂加入比例选择1.1：1,焙烧气氛02。选用优化后的烧结工艺参数制备的材料晶体结晶度高,电化学测试首次放电容量达到199mAh/g (2.5V～4.6V)。(3)对三个不同厂家前躯体的测试对比。首先对前驱体进行了SEM,粒径分布等分析,然后分别以3家523前躯体为原料,采用最优的工艺参数制备了三元材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2。对材料进行物理表征、半电池和全电池测试。分析发现前驱体的形貌、粒径分布等对材料的性能有较大的影响。前驱体的粒径分布直接决定了最终材料的粒径分布,而材料的粒径分布是影响材料压实密度的重要因素。前驱体的形貌也直接影响最终材料的形貌,比较理想的前驱体形貌为规整的类球形,表面比较圆滑,有一定的致密度同时表面有微孔。前驱体为圆滑的较致密球形保证了最终材料为比较规整圆滑的类球形,有助于提高材料的压实密度,而表面的微孔便于前驱体和碳酸锂的反应。