锂离子电池富镍三元材料的合成放大化和改性研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jjsubin
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随着动力电池市场的迅猛发展,电池的正极材料逐渐成为产业化研究的主要方向之一,其中富镍组分的三元镍钴锰811材料凭借高放电比容量(200 mAh g-1)、低成本的特点成为下一步产业化的热点。目前三元NCM镍钴锰材料最为常见和成熟的合成方法是先使用共沉淀法合成三元材料前驱体,再混锂高温固相烧结,这种方法可以得到粒度分布可控、振实密度高的球型三元正极材料。目前经过多年的实验室小规模研究,已基本探寻出控制材料振实密度和颗粒粒径的影响条件,研究出温度、pH值、氨/金属进料比等关键因素对一次颗粒、堆积致密度及振实密度的作用规律,探索出了稳定的合成工艺,合成出了高振实密度(ρ>2.1 g cm-3)的前驱体材料,已经具备了放大化合成的条件。本论文从产业化角度出发,使用共沉淀法进行合成放大研究,分别从晶体的成核与生长角度对镍钴锰酸锂材料的前驱体——氢氧化镍钴锰材料的振实密度和颗粒粒径进行研究。研究了放大化反应釜中,底液量对初级成核与团聚的影响,重点分析了搅拌桨叶、固液比、晶体粒度和搅拌速度对氢氧化镍钴锰材料的二次成核影响;研究了搅拌速度、搅拌桨叶、固液比和反应时间对二次颗粒生长的影响。在已有的实验室小釜工艺基础上,针对工艺放大后由搅拌问题带来的不断成核、振实密度低和颗粒粒径变化等现象,设计新反应工艺,获得了高振实(ρ=2.04 g cm-3)、小粒径的前驱体材料,其倍率性能和循环性能都要明显优于商业材料。碱性过高是富镍三元材料产业化面临的一个重要问题,同时还影响电极材料的性能发挥,使用一种酸性的聚苯胺PANI进行洗涤处理可以有效的去除富镍三元材料表面的碱性锂残余物,提高了活性材料的电导率和锂离子扩散系数,同时不对材料的晶体结构造成明显改变,不会造成容量的损失,全面地提升了富镍三元材料的循环性能和倍率性能。此外,在此基础上包覆PANI还可以进一步提升富镍三元材料的循环性能。
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