电池正极材料制备
来源:Partulab | 作者:编辑部 | 发布时间: 2021-12-17 | 1801 次浏览 | 分享到:
真空封管对电池正极材料的制备,该系统可密封的试管材料可以是普通的硼酸盐玻璃也可以是石英玻璃,设备可通过变换不同的卡套连接不同外径规格的试管。试管在真空密封过程中的旋转速度可以在一定的范围内进行调节,方便配合不同管径试管和焊枪的使用。系统自带放气和充气装置。

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什么是正极材料?


正极材料是决定锂离子电池性能的关键材料之一,也是目前商业化锂离子电池中主要的锂离子来源,其性能和价袼对锂离子电池的影响较大。目前研制成功并得到应用的正极材料主要有钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、三元材料镍钴锰酸锂(NCM)和镍钴铝酸锂(NCA)等。

锂离子电池是以2种不同的能够可逆地插入及脱出锂离子的嵌锂化合物分别作为电池的正极和负极的二次电池体系。充电时,锂离子从正极材料的晶格中脱出,经过电解质后插入到负极材料的晶格中,使得负极富锂,正极贫锂;放电时锂离子从负极材料的晶格中脱出,经过电解质后插入到正极材料的晶格中,使得正极富锂,负极贫锂。这样正负极材料在插入及脱出锂离子时相对于金属锂的电位的差值,就是电池的工作电压。


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锂离子电池的正极材料的研究

研究的热点主要集中在层状LiMO2和尖晶石型LiM2O4结构的化合物及复合两种M(M为Co,Ni,Mn,V等过渡金属离子)的类似电极材料上。作为锂离子电池的正极材料,Li+离子的脱嵌与嵌入过程中结构变化的程度和可逆性决定了电池的稳定重复充放电性。正极材料制备中,其原料性能和合成工艺条件都会对最终结构产生影响。多种有前途的正极材料,都存在使用循环过程中电容量衰减的情况,这是研究中的首要问题。它们作为锂离子电池正极材料各有优劣。锂钴氧为正极的锂离子电池具有开路电压高,比能量大,循环寿命长,能快速充放电等优点,但安全性差;锂镍氧较锂钴氧价格低廉,性能与锂钴氧相当,具有较优秀的嵌锂性能,但制备困难;而锂锰氧价格更为低廉,制备相对容易,而且其耐过充安全性能好,但其嵌锂容量低,并且充放电时尖晶石结构不稳定。从应用前景来看,寻求资源丰富、价廉、无公害,还有在过充电时对电压控制和电路保护的要求较低等优点的,高性能的正极材料将是锂离子电池正极材料研究的重点。国外有报道LiVO2亦能形成层状化合物,可作为正极电极材料[9]。从这些报道看出,虽然电极材料化学组成相同,但制备工艺发生变化后,其性能改变较多。成功的商品化电极材料在制备工艺上都有其独到之处,这是国内目前研究的差距所在。


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锂离子电池的发展趋势

锂离子电池正极材料的发展方向是磷酸铁锂。虽然国内磷酸铁锂正极材料的研发如火如荼,但缺乏原始创新技术。锂离子电池负极材料未来有两个发展方向——钛酸锂材料和硅基材料。国内近年来开发的硅基材料基本能达到高比容量、高功率特性和长循环寿命的要求,但产业化还须突破工艺、成本和环境方面的制约。我国在锂离子电池隔膜国产化方面已取得一定成绩,但要实现高端产品的大规模生产仍有较长的路要走。六氟磷酸锂在锂离子电池电解质中占有绝对的市场优势,但我国基本上受制于日本技术,自主研发实力薄弱。


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电池正极材料制备的方法

 高温固相法——高温固相反应法是制备磷酸铁锂是目前发展最为成熟也是使用最广泛的方法。将铁源、锂源、磷源按化学计量比均匀混合干燥后,在惰性气氛下,首先在较低温度下烧结,使原材料初步分解,然后再在高温下烧结得到橄榄石型磷酸铁锂(工艺不同、差距较大)。

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碳热还原法——在原材料混合中加入碳源(淀粉、蔗糖等)做还原剂,通常和高温固相法一起使用,碳源在高温煅烧中可以将Fe3+ 还原为Fe2+ ,避免了反应过程中Fe2+变成Fe3+,使合成过程更加合理,但是反应时间相对较长,对条件的控制更为严苛,定向制备时具有更高效率:

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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。



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佰力博封管机高温固相熔封法

石英管真空封装系统,主要适用于对材料样品在石英试管中真空环境状态下(或保护气氛下)完成封管;在试管预抽真空后,试管管壁材料经高温熔融并在外部大气压的作用下和管内石英柱体融接在一起而形成真空密封。该系统可密封的试管材料可以是普通的硼酸盐玻璃也可以是石英玻璃,设备可通过变换不同的卡套连接不同外径规格的试管。试管在真空密封过程中的旋转速度可以在一定的范围内进行调节,方便配合不同管径试管和焊枪的使用。系统自带放气和充气装置。

佰力博首创研发生产的石英管真空封管机系统可以满足块体、粉末、薄膜等样品真空(保护气氛下)封管封装制备,广泛适用于二维材料,热电材料及器件,晶体材料生长,金属材料,纳米材料,磁性材料,超导材料,新能源材料,OLED有机光电材料,半导体材料器件等材料研究实验,已经被全球众多高校、科研院所和企业使用,特别是材料实验,科学研究和先进材料研发等领域,成为众多先进材料实验研究的必备仪器。

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