多相复合富锂锰基材料的合成及性能

赵 珊,徐 星*,石 斌,杜春雨

(1. 贵州梅岭电源有限公司,特种化学电源国家重点实验室,贵州 遵义 563003;2. 哈尔滨工业大学化工与化学学院,黑龙江 哈尔滨 150001)

正极材料是决定锂离子电池能量密度、使用寿命及成本等指标的关键因素。 现有的商业化锂离子电池正极材料中,LiCoO2、LiMn2O4、LiFePO4和LiCoxNiyMnzO2的实际比容量普遍低于200 mAh/g,不能够满足人们对高能量密度锂离子电池的需求。 富锂锰基正极材料xLi2MnO3(1-x)LiMO2(M=Ni、Co 和Mn)具有接近300 mAh/g 的高比容量,是实现锂离子电池400 Wh/kg 高比能量的良好选择,颇有发展前景。 制备困难、倍率性能差、首次库仑效率低及容量衰减快等问题,严重制约了富锂锰基正极材料的应用进程。

富锂锰基正极材料的合成方法主要有:共沉淀法、高温固相法、溶胶-凝胶法、熔盐法和水热法等[1-4]。 高温固相法采用机械手段混合原料,但原料微观分布不均匀,且煅烧温度高、能耗大,锂损失严重,易形成杂相。 溶胶-凝胶法设备简单,合成温度低,可制得高纯度材料,但合成周期长,工艺较复杂。 熔盐法采用低共熔混合盐辅助合成单晶材料,但工艺复杂,成本高。 水热法制备的材料元素分布均匀,且易于调控材料形貌,但元素比例难以控制,反应周期长,工业化难度较大。 共沉淀法具有元素分布均匀、制备工艺简单、周期短和成本低等优点,在三元正极材料的工业生产中应用广泛,但共沉淀反应涉及多相反应过程,反应时需要精确地控制体系的pH 值、温度、络合剂浓度、搅拌速度、固液比及反应液的进料速率等参数。……