锂离子电池正极材料的性能特征介绍
来源：未知
2019-10-14 08:40
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锂离子电池正极材料
阴极材料在原料的购买价值、制备工艺的复杂性和压实工艺的难度方面都非常重要。作为量产电池，极有必要满足以下基本性能特征：
一。高放电电压
2.可插入大量可逆锂离子，保证一定容量。
三。锂离子和电子的扩散和迁移必须足够快（以支持窄快脉冲）
四。化学稳定性好，可制备常规的烧结和固化方法。
5个。工艺要求不高，可以通过常规的搅拌和涂装工艺来实现。
具体地说，阴极材料的选择首先考虑它们是否支持合适的电位，电位取决于阴极材料的电化学电位，即锂离子与前面提到的阴极材料中相应电子分离的能量；锂离子的能量是决定电化学电位的主要因素。
-安全系数相对较高（磷酸铁锂晶体具有稳定的p—O键，难以分解，在过充电和高温下不会崩塌并产生强氧化物。磷酸铁锂为例：
首先，磷酸铁锂在自然界中以磷酸铁锂的形式存在，具有有序的橄榄石结构。磷酸铁锂的化学式为limpo4，其中锂为正一价，中心金属铁为正二价，磷酸盐为负三价，常用作锂电池的正极材料。磷酸铁锂电池的应用领域包括储能设备、电动工具、轻型电动汽车、大型电动汽车、小型设备和移动电源。其中，新能源电动汽车用磷酸铁锂约占磷酸铁锂总量的35%（具体装载量随年份变化）。同时，随着软包装技术模块化技术的发展，磷酸铁锂电池的市场份额进一步提高。此外，磷酸铁锂电池的循环次数可达2000次以上，理论使用寿命可达7-8年。考虑到与容量相关的特点，目前在公共交通中使用的磷酸铁锂电池占很大比例。
其次，随着能源和环境问题的日益突出和现代科学技术的飞速发展，锂离子电池的性能得到了一定程度的提高。橄榄石结构lifepo 4具有成本低、环境友好、安全性高、比容量大、循环性能稳定等优点，近年来成为阴极材料的研究热点。由于晶体结构的限制，lifepo_的电导率和锂离子扩散系数较低，限制了其商业应用。因此，对合成工艺的优化和改进进行研究，对提高lifepo 4的导电性和锂离子扩散系数具有深远的意义。
同时，生产方法主要有以下几种：
（1）高温固相反应是制备磷酸铁锂最成熟、应用最广泛的方法。铁、锂、磷源按化学计量比混合干燥后，在低温下烧结，然后在惰性气氛中高温烧结，得到橄榄石型磷酸铁锂。
（2）碳热还原
碳热还原法是在原料混合物中加入碳源（淀粉、蔗糖等）作为还原剂。通常与高温固相法结合使用。碳源可以在高温煅烧时将fe3+还原为fe2+，避免了反应过程中fe2+还原为fe3+，使合成过程更加合理，但反应时间相对较长，条件控制更加严格，定向制备效率更高。效率：
（3）水热法属于液相合成法，是指在密封的压力容器中以水为溶剂，通过原料在高温高压的条件下进行化学反应，经过滤洗涤、烘干后得到纳米前驱体，最后经高温煅烧后即可得到磷酸铁锂。水热法制备磷酸铁锂具有容易控制晶型和粒径，物相均一，粉体粒径小，过程简单等优点，但需要高温高压设备，成本高，工艺比较复杂。
传统的高温固相法及简易的络合溶胶-凝胶法制备LiFePO4目前已经作为主要工业制备方法、但缺点是晶体尺寸较大，粒径不易控制、分布不均匀，形貌也不规则，产品倍率特性差。其他共沉淀法、溶胶-凝胶法、氧化-还原法、乳化干燥法、微波烧结法大都处于实验室研究阶段，并采用不同的手段对其进行改性，旨在找到一种既有利于LiFePO4的规模化生产，又能保证其具有较好电化学性能的合成方法。
——以单位容量相对较高的三元材料为例说明：
首先三元锂离子正极材料主要包括镍（Ni）、钴（Co）、锰（Mn）、锂（Li）四种元素，即三元材料是人工按对应比例添加混合而成(区别于磷酸铁锂)。矿石提锂最主要的原料是锂辉石与锂云母、主要分布于澳大利亚、加拿大、津巴布韦、巴西和中国青海&阿尔泰等地，对应从业厂家也表现出与地理区域高关联性；根据地理分布、资源富集程度不同各厂家实际制备工艺不同，如石灰法、硫酸法和硫酸盐、氯化焙烧法。通过溶解、过滤提纯、分离等工序制成所需要的锂盐产品。在实际的生产过程中、产品的充放电特性与所制备的正极材料颗粒大小||孔隙率||发散性等线性相关；类似软件工程中黑盒测试——产品特性在测试中性能变化高度敏感；
三元材料的制备过程不是单一的化学反应过程，在材料合成过程中同一个化学反应由于控制条件的不同会造成制备的材料组织结构及物理性能的不同伴随其他副反应，导致同种化学组成的材料性能的巨大差异。其中镍在三元电池中占有重要地位，其作用在于提高材料的能量密度，镍的配比不同，比能量就不同，而通过适当高镍在材料中占比，可以较好的提高材料能量密度。从最早的111系列到523系列、622系列直至今天的811系列都在逐步提高镍含量。但镍含量过高带来的是较高过程控制难度，如对搅拌工艺要求、车间苛刻温度湿度、制备时间等提出更苛刻要求。
