XIONG等選用多孔MnO2作為模板劑,LiOH作為堆積劑,將鎳鈷堆積在MnO2孔道和外表上,在經(jīng)過高溫焙燒制得333型,與傳統(tǒng)堆積法相對比,模板法制備得到的333三元資料具有更優(yōu)秀的倍率功能和安穩(wěn)性。
噴霧枯燥
噴霧枯燥法因自動(dòng)化程度高、制備周期短、得到的顆粒細(xì)微且粒徑散布窄、無工業(yè)廢水發(fā)生等優(yōu)勢,被視為是使用遠(yuǎn)景非常寬廣的一種出產(chǎn)三元資料的辦法。
OLJACA等選用噴霧枯燥法制備了組變成333三元資料,在60~150℃高溫下,鎳鈷錳鋰硝酸鹽敏捷霧化,在短時(shí)刻內(nèi)水分蒸騰,質(zhì)料也敏捷混勻,終究得到的粉末在900℃焙燒4h即得到終究333三元資料。
OLJACA等以為經(jīng)過操控質(zhì)料熱解過程中的溫度和停留時(shí)刻,即可大大縮短乃至完全避免高溫焙燒,然后到達(dá)接連、大規(guī)劃、一步制備得到終究的資料;別的顆粒巨細(xì)調(diào)控可經(jīng)過操控溶液濃度、噴嘴液滴巨細(xì)等要素。OLJACA等經(jīng)過此法制備的資料0.2C放電比容量達(dá)167mAh/g,且10C大倍率下放電比容量達(dá)137mAh/g。
紅外、微波等新式焙燒辦法
紅外、微波等新式電磁加熱相對于傳統(tǒng)電阻加熱,可大大縮短高溫焙燒時(shí)刻一起可一步制備碳包覆的復(fù)合正極資料。
HSIEH等選用新式紅外加熱焙燒技能制備了三元資料,首先將鎳鈷錳鋰乙酸鹽加水混合均勻,然后參加必定濃度的葡萄糖溶液,真空枯燥得到的粉末在紅外箱中350℃焙燒1h,然后在900℃(N2氛圍下)焙燒3h,一步制得碳包覆的333復(fù)合正極資料,SEM顯現(xiàn)該資料粒徑在500nm左右,有細(xì)微聚會(huì),X射線衍射(XRD)譜圖顯現(xiàn)該資料具有杰出的層狀構(gòu)造;在2.8~4.5V電壓范圍內(nèi),1C放電50圈,容量堅(jiān)持率高達(dá)94%,首圈放電比容量達(dá)170mAh/g(0.1C),5C為75mAh/g,大倍率功能有待改善。
固相法雖技能簡略,但資料描摹、粒徑等難以操控;共堆積法經(jīng)過操控溫度、拌和速度、pH值等可制備粒徑散布窄、振實(shí)密度高級電化學(xué)功能優(yōu)秀的三元資料,可是共堆積法需求過濾、洗刷等工序,發(fā)生很多工業(yè)廢水;溶膠凝膠法、噴霧熱解法和模板法得到的資料元素化學(xué)計(jì)量比準(zhǔn)確可控、顆粒小且渙散性好,資料電池功能優(yōu)秀,但這些辦法制備本錢高、技能雜亂。
sol-gel環(huán)境污染大,噴霧熱解廢氣需求收回處理,新式優(yōu)秀便宜的模板劑的制備有待開發(fā);新式紅外和中頻加熱技能可縮短高溫焙燒時(shí)刻,但升溫、降溫速率難不易操控,且資料倍率功能有待改善。比如噴霧熱解、模板法、sol-gel等如能進(jìn)一步優(yōu)化組成技能,選用便宜質(zhì)料,有望完成工業(yè)化大規(guī)劃使用。
鎳鈷錳三元正極資料存在疑問及其改性
與磷酸鐵鋰和鈷酸鋰對比,鎳鈷錳三元資料具有本錢適中、比容量高級長處,可是也存在一些急需處理的疑問,首要疑問包含:電子導(dǎo)電率低、大倍率安穩(wěn)性差、高電壓循環(huán)安穩(wěn)性差、陽離子混排(尤其是富鎳三元)、高低溫功能差等。對于這些疑問,如今首要經(jīng)過元素?fù)诫s和外表包覆來改善。
離子摻雜改性
在LiNixCoyMnzO2晶格中摻入微量的別的元素如:Na、V、Ti、Mg、Al、Fe、Cr、Mo、Zr、Zn、Ce、B、F、Cl,可進(jìn)步鎳鈷錳三元的電子和離子電導(dǎo)率、構(gòu)造安穩(wěn)性,下降陽離子混排程度,然后改善資料的電化學(xué)功能。離子摻雜可分為陽離子摻雜和陰離子摻雜。
陽離子摻雜
陽離子摻雜又可分為等價(jià)陽離子摻雜和不等價(jià)陽離子摻雜。
等價(jià)陽離子摻雜通常可安穩(wěn)資料構(gòu)造,拓寬離子通道,進(jìn)步資料離子電導(dǎo)率。GONG等將共堆積制備的Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2與LiOH、NaOH混合后高溫焙燒制得Li0.95Na0.05Ni1/3Co1/3Mn1/3O2,Na+(0.102nm)半徑大于Li+(0.076nm),等價(jià)摻雜Na+后,不只晶胞參數(shù)c、a都增大了,并且c/a和I003/I104也增大了,這闡明Na摻雜一方面添加了層距離,拓寬了Li+渙散通道,有利于Li+敏捷脫嵌,另一方面Na摻雜下降了陽離子混排程度,層狀構(gòu)造愈加有序和完好;
Li+敏捷脫嵌是有助于改善資料倍率功能,充放電測驗(yàn)顯現(xiàn)Na摻雜后資料不一樣倍率下(0.1~5C)其功能均優(yōu)于未摻雜的:摻雜Na+的0.1C(27mA/g,2.0~4.5V)首圈放電比容量達(dá)250mAh/g,未摻雜的僅為155mAh/g,且摻雜Na的在循環(huán)110圈后容量堅(jiān)持率達(dá)99%,而未摻雜的前10圈就現(xiàn)已衰減了2.5%;電化學(xué)阻抗顯現(xiàn)摻雜Na可下降電子搬運(yùn)阻抗。
HUA等采取相似辦法摻雜Na+,制備了Li0.97Na0.03Ni0.5Co0.2Mn0.3O2,得到的定論與GONG等共同。
不等價(jià)陽離子摻雜通常會(huì)改動(dòng)資料能帶構(gòu)造,進(jìn)步資料電子電導(dǎo);對于富鎳三元如523、622、811等,離子摻雜可下降陽離子混排程度,然后進(jìn)步資料電化學(xué)功能。
鑒于釩氧化物是離子和電子杰出導(dǎo)體,ZHU等經(jīng)過固相法制備了不一樣含量釩摻雜的Li[Ni0.5Co0.2Mn0.3]1?xVxO2(X=0、0.01、0.03、0.05),XPS顯現(xiàn)V首要為V5+,電化學(xué)阻抗標(biāo)明V5+不等價(jià)摻雜下降了電子搬運(yùn)阻抗;
XRD譜圖顯現(xiàn)V摻雜下降了陽離子混排,晶胞參數(shù)c的添加使得在不一樣倍率下Li+脫嵌愈加簡單,因而資料在0.1~5C不一樣倍率功能優(yōu)秀于未摻雜的;但由于V5+電化學(xué)非活性,摻雜后資料首次放電比容量下降了。
HENG等選用Al摻雜改善了523型資料高溫循環(huán)和存儲(chǔ)功能。當(dāng)充電截止電壓高于4.3V時(shí),三元資料循環(huán)功能會(huì)惡化。
NAYAK等將充電截止電壓進(jìn)步至4.6V,333型容量敏捷衰減,經(jīng)過高倍透鏡和拉曼光譜檢查,發(fā)現(xiàn)高壓循環(huán)會(huì)損壞333資料層狀構(gòu)造,層狀構(gòu)造向類尖晶石構(gòu)造轉(zhuǎn)變,EIS測驗(yàn)顯現(xiàn)充電截止電壓高于4.4V時(shí),電子搬運(yùn)阻抗增大,致使高壓下資料容量敏捷衰減。
為進(jìn)步資料構(gòu)造安穩(wěn)性,MARKUS等經(jīng)過焚燒法制備得LiNi0.33Mn0.33Co0.33?yTiyO2,發(fā)現(xiàn)Ti4+代替Co3+可按捺次級巖鹽相構(gòu)成,且Ti4+半徑大于Co3+,Ti—O鍵能>M—O(M=Ni,CoMn),可按捺資料在鋰脫嵌時(shí)體積的改動(dòng)。
LIU等共堆積法制備的Cr摻雜的333資料,電化學(xué)阻抗(EIS)測驗(yàn)顯現(xiàn)Cr摻雜下降了電子搬運(yùn)阻抗,在4.6V截止電壓下循環(huán)50圈容量堅(jiān)持率達(dá)97%,未摻雜的僅為86.6%。
陰離子摻雜
陰離子摻雜首要為F?、Cl?代替O2?。F—M(M=Ni,Co,Mn)化學(xué)鍵能高于M—O,這有利于增強(qiáng)資料安穩(wěn)性,且F摻雜可減輕電解液中HF對正極資料的腐蝕,Cl與F化學(xué)性質(zhì)相相似,Cl?半徑大于O2?,比較O2?,Cl?更簡單給出電子。
ZHANG等選用sol-gel法制備得Cl摻雜的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2?xClx,Cl摻雜一方面下降了過渡金屬均勻化合價(jià),而低價(jià)金屬離子半徑較大,引起晶胞參數(shù)a增大,另一方面Cl?半徑大于O2?,增大了晶胞參數(shù)c,拓寬了Li+搬遷通道,Li+脫嵌也愈加敏捷,資料倍率功能因而得到了進(jìn)步;
Cl摻雜也改善了資料高溫功能(x=0.1,55℃,100圈容量堅(jiān)持率為91.8%,而未摻雜的為82.4%);當(dāng)充電截止電壓升到4.6V,容量均敏捷衰減,但未摻雜的衰減更厲害。YUE等選用低溫固相法將制備的811型或622型三元資料與NH4F混合研磨,450℃空氣中焙燒5h即制得不一樣F含量摻雜的811和622三元資料。
雖然室溫下F摻雜的811和622資料首圈放電比容量(0.1C)均有細(xì)微下降,可是F摻雜的811型在高溫55℃,50循環(huán)放電比容量由207mAh/g降至204mAh/g,而未摻雜的則由205mAh/g降至187mAh/g,顯然摻F明顯進(jìn)步了資料高溫循環(huán)安穩(wěn)性,且XRD顯現(xiàn)摻雜了F的811型循環(huán)100圈后照舊堅(jiān)持杰出的層狀構(gòu)造,而未摻雜的構(gòu)造發(fā)生了改動(dòng),其間摻雜F的I003/I104值大于未摻雜的,闡明F摻雜下降了陽離子混排程度;
透射電子顯微鏡(TEM)顯現(xiàn)循環(huán)100圈后F摻雜的811粒子外表照舊潤滑,而未摻雜的粒子外表描摹發(fā)生了顯著改動(dòng),YUE等以為資料循環(huán)安穩(wěn)性的改善是源于F摻雜避免了電極遭受HF的腐蝕。F摻雜的622三元資料循環(huán)安穩(wěn)性和倍率功能均得到了進(jìn)步。
優(yōu)秀的熱安穩(wěn)性和循環(huán)安穩(wěn)性是LiNixCoyMnzO2使用的條件,進(jìn)步充電截止電壓可增大三元資料克比容量,但會(huì)加重電解液與正極資料的副反響,惡化資料循環(huán)安穩(wěn)性;在較高的作業(yè)溫度下或較大倍率下充放電,LiNixCoyMnzO2熱安穩(wěn)性和循環(huán)安穩(wěn)性也面臨嚴(yán)峻考驗(yàn);低溫下鎳鈷錳三元資料導(dǎo)電性急劇下降,容量也會(huì)明顯下降;
研討發(fā)如今LiNixCoyMnzO2粒子外表包覆,包覆層作為維護(hù)層可減輕電解液對正極資料的腐蝕,按捺構(gòu)造崩塌,能夠明顯改善三元資料的循環(huán)安穩(wěn)性和熱安穩(wěn)性;導(dǎo)電性的包覆層還可進(jìn)步三元資料的電子電導(dǎo)和離子電導(dǎo),然后進(jìn)步其電化學(xué)功能。
金屬氧化物包覆
Al2O3導(dǎo)電性較差但化學(xué)性質(zhì)安穩(wěn),能夠減緩電解液與資料的副反響,然后改善資料構(gòu)造安穩(wěn)性和電化學(xué)功能。
YANO等經(jīng)過sol-gel法制備了Al2O3包覆的333三元資料,Al2O3包覆明顯改善了資料在高充電截止電壓下的循環(huán)安穩(wěn)性(在4.5V、4.6V、4.7V充電截止電壓下循環(huán)100圈,包覆的容量堅(jiān)持率別離為98%、90%、71%,未包覆的別離為25%、16%、32%),YANO等以為未包覆的容量敏捷衰減是由于電極極化,而電極極化很有可能是電極外表構(gòu)造的改動(dòng),而包覆的333型安穩(wěn)性的進(jìn)步恰是由于Al2O3包覆按捺了電極極化,增強(qiáng)了333型構(gòu)造安穩(wěn)性。
YANO等經(jīng)過STEM(掃描透射電子顯微鏡)和EELS(電子能量丟失譜)證真實(shí)未包覆的粒子外表區(qū)域有巖鹽相生成。
LIU等和CHEN等別離選用Y2O3、TiO2作為包覆層,進(jìn)步了523和622三元資料在高充電截止電壓下的循環(huán)安穩(wěn)性:厚度為5~15nm的Y2O3包覆的523型在2.8~4.6V,1800mA/g下循環(huán)100圈容量堅(jiān)持率達(dá)76.3%(第100圈為114.5mAh/g),而未摻雜的僅為8.3%;厚度為25~35nm的TiO2包覆的622型在3.0~4.5V下1C循環(huán)50圈容量堅(jiān)持率為88.7%,未包覆的為78.1%。
電池網(wǎng)傳統(tǒng)濕化法包覆三元資料,其包覆厚度和均勻性難以操控,KONG等選用原子層堆積技能(ALD)在523三元資料外表堆積了厚度僅為4.3nm的ZnO。ALD技能包覆愈加均勻,超薄的ZnO層既可有用削減金屬離子在電解液中的溶解,減輕電極免受電解液的腐蝕,一起其超薄型有利于Li+敏捷搬遷,ALD包覆明顯進(jìn)步了523三元資料的電化學(xué)功能(在2.5~4.5V,55℃下,1C、5C各循環(huán)30圈,60圈后放電比容量≥225.5mAh/g,而未包覆的循環(huán)至60圈已低于140mAh/g﹚。
金屬氟化物包覆
SHI等選用濕化法將333三元資料渙散于LiNO3溶液中,然后滴加NH4F溶液,70℃拌和蒸干后500℃空氣下焙燒2h制得LiF包覆的333三元資料。由于F—M強(qiáng)的結(jié)合能能夠安定粒子外表構(gòu)造,維護(hù)電極免受HF的腐蝕,一起也增強(qiáng)了粒子表層導(dǎo)電性。
不管是高溫(60℃)還是低溫下(0、?20℃),LiF包覆的均優(yōu)于未包覆的(圖5)。
YANG等也選用濕化法制備得AlF3包覆的523三元資料,其高倍率下的循環(huán)功能大大進(jìn)步,4C循環(huán)100圈堅(jiān)持率為98%(4C首圈比容量150mAh/g)。
鋰鹽包覆
一些如Li3VO4、Li2ZrO3等鋰鹽是Li+優(yōu)秀導(dǎo)體,包覆這些鋰鹽有利于改善正極資料倍率和低溫功能。
WANG等在333外表包覆了一層10個(gè)納米左右的Li2ZrO3,PITT測驗(yàn)顯現(xiàn)Li+渙散系數(shù)添加了兩倍,鋰離子渙散快慢直接影響資料電化學(xué)功能。在50C的高倍率下,包覆的333型放電比容量高達(dá)104.8mAh/g,50C循環(huán)100圈堅(jiān)持率達(dá)89.3%;?20℃下,包覆的1C循環(huán)100圈堅(jiān)持率達(dá)73.8%,而未包覆的僅有9.9%。
HUANG等在523型資料外表包覆了3%Li3VO4,10C循環(huán)100圈容量堅(jiān)持率為41.3%(首圈為149mAh/g),而未摻雜的僅有1.4%。測驗(yàn)成果顯現(xiàn)Li+渙散系數(shù)是跟著循環(huán)逐步下降的,但摻雜了Li3VO4的比較下降幅度較緩慢。
碳或聚合物包覆
電子電導(dǎo)率較低是鎳鈷錳三元資料的固有缺陷,導(dǎo)電性超強(qiáng)的碳或聚合物包覆能夠進(jìn)步其電子電導(dǎo),然后改善其電化學(xué)功能。聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)是杰出的電子導(dǎo)體且電化學(xué)安穩(wěn)而聚乙二醇(PEG)又是Li+的杰出導(dǎo)體,通常的包覆物都不具有這倆種性質(zhì)。
JU等首先將PEDOT和PEG溶解與N-甲基吡咯烷酮中(NMP),然后將622資料粉末溶于聚合物溶液中,60℃拌和4h,過濾枯燥即得到PEDOT-PEG雙聚合物包覆的622三元資料。包覆層的電化學(xué)慵懶、優(yōu)秀的離子和電子電導(dǎo)率明顯進(jìn)步了622三元資料循環(huán)安穩(wěn)性(0.5C循環(huán)100圈衰減率由10.7%下降至6.1%)和構(gòu)造安穩(wěn)性(TEM顯現(xiàn)循環(huán)100圈后外表包覆層仍在,外表描摹根本沒有發(fā)生改動(dòng))。
XIONG等經(jīng)過化學(xué)聚合制備了聚吡咯包覆的811資料,該電化學(xué)慵懶包覆層進(jìn)步了資料在高溫文高的充電截止電壓下的安穩(wěn)性,一起聚吡咯杰出導(dǎo)電性改善了811型的倍率功能。
MEI等選用PEG(600)作為渙散劑和碳源,在333型外表包覆了一層碳,進(jìn)步了333資料在高充電截止電壓下的循環(huán)安穩(wěn)性(2.8~4.6V,1C循環(huán)100圈容量衰減小于3%)。
別的改性
碳納米管、石墨烯優(yōu)秀的導(dǎo)電性和特別描摹可明顯進(jìn)步LiNixCoyMnzO2的電子電導(dǎo)。
ZHOU等選用熱分化法制備了333/Ag復(fù)合資料,將多臂碳納米管(CNT)渙散于NMP中,球磨2h后再參加333/Ag復(fù)合資料,枯燥后得333/Ag/CNT復(fù)合資料,Ag和CNT的優(yōu)秀導(dǎo)電性顯和CNT構(gòu)成的3維導(dǎo)電構(gòu)造明顯改善了資料的電化學(xué)功能:1C循環(huán)100圈,復(fù)合資料容量堅(jiān)持率達(dá)94.4%,而純333型僅為63%。
JAN等將石墨烯和811資料以1∶20份額混合研磨0.5h,渙散于乙醇中后超聲,然后50℃拌和8h,枯燥后得石墨烯/811復(fù)合資料,經(jīng)石墨烯改性的811型,其容量、循環(huán)安穩(wěn)性以及倍率功能均得到明顯改善。
WANG等在堆積法制備三元前體時(shí)參加石墨烯,片層構(gòu)造石墨烯的參加其空腔構(gòu)造下降了一次顆粒的聚會(huì),鋰電池廠商減輕外壓然后削減二次顆粒碾壓的破碎,石墨烯的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)步了資料高倍率性和循環(huán)功能。
有別于包覆和摻雜,HAN等僅經(jīng)過簡略機(jī)械球磨(納米Sb2O3與333或424資料以3∶100混合),無需高溫焙燒即得Sb2O3改性的333和424型,Sb2O3的參加按捺了電極極化,下降了電子搬運(yùn)阻抗,安定了SEI膜(電極界面膜),然后改善了333和424資料的電化學(xué)功能。
改善組成技能和探究新的制備辦法能夠改善LiNixCoyMnzO2的功能,而比如摻雜、包覆以及制備復(fù)合資料則能夠進(jìn)一步進(jìn)步三元資料在高溫、高的充電截止電壓、低溫等條件下的熱安穩(wěn)性、構(gòu)造安穩(wěn)性,然后進(jìn)步資料的容量、循環(huán)安穩(wěn)性、倍率功能。