共沉淀中热力学耦合对正极材料电化学性能的影响

赵 赫, 高宣雯, 李建中, 丁学勇

(1. 东北大学 多金属共生矿生态化冶金教育部重点实验室, 辽宁 沈阳 110819; 2. 东北大学 冶金学院, 辽宁 沈阳 110819)

随着锂离子动力电池新能源汽车的高速发展,锂元素较低的储量和较高的成本引发了人们对锂离子电池发展问题的担忧[1-5].O3-NaNi0.4Mn0.4Fe0.2O2由于较高的实际容量(2.0～4.0 V充电时,充电比容量大于120 mAh·g-1)以及较低的成本,被认为是最有潜力替代锂离子二次电池的储钠正极材料[5].钠离子电池正极材料与锂离子电池正极材料制备的共沉淀工艺相似,通过改变不同的参数,如pH、反应温度和时间,以及初始溶液和材料的浓度,可以准确地优化和实现所需的最终产品[6].在Mn2+,Ni2+和Fe2+离子共存的环境中,共沉淀过程的理论基于水溶液热力学的类型,并与物质在水溶液中的稳定性密切相关.这种稳定性决定了液相中的结晶反应与溶液中的物质组成、pH 、浓度、温度和压力密切相关[7-11].此外,粒径、形态可能进一步受多种因素的影响,包括液相中的离子与沉积的结晶材料之间的沉淀结晶反应、吸附反应以及多个反应之间的热力学耦合.随着晶粒的逐渐长大和新的晶核不断出现,共存现象导致结晶反应和吸附反应之间的竞争[12-13].随着水溶液中离子浓度的变化形成饱和溶液,从而形成晶体,该过程可视为吉布斯自由能变(ΔG)减少的过程.热力学耦合会伴随并发生在多种离子共存的环境中,如果一个或多个分量的吉布斯自由能变(ΔG)非常优于其他分量,则吉……