三元材料现状与三元材料开发.ppt

1、三元材料技术现状及几种新型三元材料介绍，锂锰氧化物、正极材料、三元体系、磷酸铁锂体系、锂镍氧化物、二元体系、锂钴氧化物，引入钴稳定其二维层状结构，价格低廉，放电比容量低，高温性能差，二价锰溶于电解液，比容量高，放电率好，安全性好，成本低，容量高，价格低，结构不稳定，合成困难。循环性能好，低温性能差，批次稳定性差，性能稳定，价格高。钴是有毒元素，如锂锰氧化物、锂钴氧化物、锂镍氧化物、二元体系、磷酸铁锂体系、三元体系、正极材料容量和电压关系图、优缺点、长循环寿命、低首次充放电效率、相对低的平台和良好的安全性能。三元材料(LiNixCoyMnzO2)具有价格低廉、三元协同效应的特点，镍可以提高材料容

2、量，锰可以降低材料成本，提高安全性和稳定性，钴可以减少阳离子混合占用，稳定层状结构。目前，商业化的三元系材料lini1/3co1/3mn1/3o2、lini 0.4 co 0.2 mn . lini 0.5 co 0.2 Mn 0.3 o 2、lini1/3co1/3mn1/3o2、lini1/3co1/3mn1/3o2具有与LiCoO2非常相似的-NaFeO2层状结构，其中过渡金属元素co、ni和Mn分别以3、2和4的价态存在。锂离子占据岩盐结构的3a位置，镍、钴和锰离子占据3b位置，氧离子占据6c位置。参与电化学反应的电对有Ni 2/Ni 3、Ni 3/Ni 4和Co 3/Co 4。LiN

3、i1/3Co1/3Mn1/3O2在不同温度和配比下结构变化不大，因此材料具有良好的稳定性。LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料的价格相对较低，因为用镍和锰代替了昂贵的钴。LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的主要制备方法有溶胶-凝胶法、喷雾干燥法、共沉淀法、固相反应法、氢氧化物共沉淀法和碳酸盐共沉淀法，这些方法振实密度高、形貌易控制、加工性能好。主要的工业化方法振实密度低，形貌控制困难。采用镍、钴、锰离子的混合溶液、沉淀剂、沉淀反应(酸碱度、温度、搅拌速度)、陈化、洗涤、过滤、干燥、前驱体、混合、球磨、烧结、粉碎分级、锂源、共沉淀法制备LiNi。河南四维能源材料有限公司开发的球形或球状

4、三元正极材料(TTM-812)lini的电化学和物理性能稳定(145毫安时/克) 用于锂离子电池时具有良好的高倍率放电性能，具有优异的电化学性能和较好的锂钴氧电池安全性能，是替代锂钴氧电池的理想正极材料。 可逆克容量、安全性能和循环性能高于/优于锰酸锂。充放电曲线(钮扣电池)、循环性能、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2存在的问题、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的改性基础、固体电极材料是由粒子(原子或离子)以某种方式排列和聚集而成，当原子形成固体材料时，原子间形成化学键，同时材料具有相应的能带结构和相态。晶体材料中电子的运动由材料的能带结构决定。锂离子在晶体材料中的扩散与锂离子在材

5、料中的扩散通道直接相关。电化学性能、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的改性、离子掺杂，LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的主要改性方法如下：表面包覆、离子掺杂改性，锂离子电池的输出功率直接关系到材料中锂离子的电子电导和离子电导，因此通过不同手段提高电子电导和离子电导是改善材料的关键。掺杂阳离子等价态和阳离子不等价态，掺杂较低价态的离子会导致过量元素的价态增加，即产生空穴，改变材料的能带结构，大大提高材料的电子电导。原材料中原子的化合价在以等效态掺杂后不会改变，但一般能稳定下来阴离子掺杂技术，阴离子掺杂在氟取代的2-。氟离子掺杂可以提高材料的结晶度，增加材料的稳定性。金属氧化物(氧化铝

6、、氧化锌、氧化锆等。)用于改性三元材料的表面，从而将材料与电解质机械分离，减少材料与电解质之间的副反应，抑制金属离子的溶解，并优化材料的循环性能。同时，表面涂层还可以减少重复充放电过程中材料结构的坍塌，有利于材料的循环性能。LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2和LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2属于一系列三元阴极材料，镍、钴和锰的价态分别为2、3和4。随着钴含量的降低和锰含量的增加，产品具有更多的成本优势。当然，当钴含量低时，材料的稳定性会降低，材料的倍率性能和循环性能需要进一步提高。制备和改性方法与LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2相似。lini0.4co0.2mn0.4o2和li

7、ni0.5co0.2mn0.3o2的镍含量高于LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2，这可以使材料的克容量发挥更大的作用，提高电池的体积能量密度。它们是目前用量较大的三元材料。然而，由于价态平衡的限制，材料中的部分镍以三价形式存在，混合价使得523的酸碱度相对较高，约为11.2。如果控制不好，极片容易吸水。但是，由于它的高容量和良好的性价比，几乎所有铝壳厂都将使用钴酸锂来提高能量密度，并且有许多锰酸锂，因为523的高温性能已经得到了明显的改善。许多软件包开始使用523。低钴层状三元材料：钴是一种昂贵的稀缺资源，降低钴含量可以节约材料成本。目前，钴含量降至15%的材料已得到应用。高镍层状三元材料

8、：高镍系材料需要在氧气气氛中合成，这种气氛很难合成，而且容易产生锂镍混合放电，影响材料的性能。然而，提高镍含量可以提高材料的克容量，高镍产品必将成为未来发展大型电池的理想材料。层状镍锰二元材料：锰以锰4的形式存在于镍中，在充放电过程中，锰不参与电化学反应，起到稳定材料晶体结构的作用。它具有优异的电化学性能，但很难合成这种材料。在合成中，材料的性能受到杂质存在的影响。研究最多的是5V尖晶石结构的镍锰二元材料：LiNi0.5Mn1.504。随着结构稳定的钛酸锂阴极技术的成熟，通过合成性能优异的5V电池材料和钛酸锂阴极，可以得到电压循环稳定的电池系统。LiNixCoyMnzO2的发展趋势。提高铌酸锂

9、中的镍含量可以大大提高材料的比容量，降低钴含量和材料成本。因此，河南四维能源材料有限公司自主研发生产的TTM-701515(lini 0.7 co 0.15 Mn 0.15 o 2)具有比容量高、循环性能好、高温储存性能好的特点。适用于大容量圆柱形锂离子电池和其他锂离子电池。lini0.7co0.15mn0.15o2、SEM、TTM-701515、XRD、TTM-701515、TTM-701515、TTM-701515、TTM-701515充放电曲线(纽扣电池)、TTM-701515循环曲线宽电压范围结构不稳定，限制了容量的发挥。突出特点：2-4.8V比容量大于250毫安时/克，xli2mno

10、3 (1-x) limo2，xli2mno3 (1-x) limo2，反应机理，4.5V充电：xli 2 MnO 3(1-x)limo 2 xli 2 MnO 3(1-x)mo2 xli充电：xli 2 MnO 3(1-x)limo 2 xli 2 MnO 3(1-x)mo2 xli 2 MnO 3(1-x)放电反应：XM NO2(1-x)mo2 xli 2 MnO 2(1)-xli 2 MnO 3(1有两种相关的解决方案：a、涂覆Al2O3、AlPO4等。在第一次去除Li2O后减少氧离子的移动，从而为锂离子电池提供足够的八面体位置Li2MnO3 (1-x) limo2，基于Li2MnO3的层状固溶体材料因其200 mAhg以上的高比容量而被称为新型三元材料