应用于锂离子电池的镍钴铝正极活性材料已经商业化了近20年。镍钴铝正极活性材料能够实现高容量、高能量密度,以及更好的化学稳定性,以满足电动汽车动力电池的要求。
NCA(锂镍钴铝氧化物)
应用于锂离子电池的镍钴铝正极活性材料已经商业化了近20年。镍钴铝正极活性材料能够实现高容量、高能量密度,以及更好的化学稳定性,以满足电动汽车动力电池的要求。
 
                    应用于锂离子电池的镍钴铝正极活性材料已经商业化了近20年。镍钴铝正极活性材料能够实现高容量、高能量密度,以及更好的化学稳定性,以满足电动汽车动力电池的要求。
NCA材料由于其优异的结构稳定性和高容量,是一种很有前途的材料。但是,NCA材料的循环性和倍率性能仍然限制了其大规模应用。层状岩盐正极材料由于结构缺陷影响电化学性能,镍基化合物中常见的结构缺陷有多余镍、锂镍反位和氧空位缺陷。
NCA三元材料也存在一些缺点,重要表现在以下两个方面:
(1)在材料合成高温退火时,Ni较差的热稳定性会导致其还原为Ni,由于Ni半径(0.69与Li半径(0.76)相近,在充电过程中随着Li的脱出,部分Ni会占据Li的空位,造成锂镍反位缺陷,生成不可逆相,导致材料容量损失;
(2)高氧化态的Ni、Ni在高温条件下极不稳定,且易与电解液释放的HF发生副反应,造成材料结构发生变化甚至坍塌,从而影响材料的比容量及循环性能。针对这些缺点,通常对材料进行改性处理,重要使用的改性方法可概括为表面包覆和体相掺杂。表面包覆是将包覆材料(碳及其衍生物、氧化物、磷酸盐、锂化物等)附着在正极材料表面,是一种十分简单有效的改性方法,要求所使用的包覆材料具有较好的Li和电子传输性能,一方面可以提高NCA材料的电子电导率,进而改善材料的倍率性能;另一方面,包覆层可以减少NCA材料与电解液的直接接触面积,降低电解液释放的HF与材料的副反应发生的几率,从而防止因正极材料被腐蚀造成的晶体结构坍塌,显著提高电池在循环过程中的稳定性。
镍钴铝酸锂是一种多元材料,通常简称为“NCA”,因综合性能优势较为明显越来越受到行业关注与认同。
镍钴铝酸锂材料典型的组成为LiNi0.8Co0.15Al0.05O2,是一种综合了LiNiO2与LiCoO2优点的材料,除了在可逆比容量方面较高,且加之掺铝(Al),该材料的结构稳定性和安全性也有所增强,进而促进了材料循环稳定性的增强。
NCA合成方法
固相合成法
固相合成法一般过程通常以LiOH·H2O(或Li2CO3)、Ni2O3、Co2O3及Al(OH)3为原料,按一定比例进行固相混合后得到前驱体,再在750℃左右氧气气氛下进行长时间(24h左右)高温煅烧得到产物。
优点
操作简单
缺点
材料的高温煅烧时间较长,能耗高。
此外,当合成二元或更多元体系混合物时,机械混合往往不能使多种反应物混合均匀,难以得到符合化学计量比的纯净物,容易引入NiO等杂质相,导致晶体结构存在缺陷,电化学性能不好。所以,在NCA的制备中很少有人采取这种方法。
溶胶-凝胶法(sol-gel)
溶胶-凝胶法是将金属醇盐或无机盐经溶液、溶胶、凝胶而固化,再讲凝胶低温热处理变为氧化物的一种方法。其中凝胶的制备及干燥是关键。
优点:
化学均匀性好、粒径分布窄、纯度高、颗粒粒径小、反应易控制、合成温度低、得到的材料离子比表面积大、可容纳不溶性组分或不沉底性组分
缺点
有些醇盐对人体有害、价格较贵、该法处理周期过长
共沉淀法
共沉淀法是将沉淀剂加入含有两种或多种金属阳离子的溶液中,经沉淀后得到固溶体前驱体,然后过滤、洗涤、热处理得到复合氧化物的方法。
优点
可使原料细化和均匀混合、制备条件易于控制、合成周期短、成本低、是替代固相法进行商业化生产的较好备选方案。
喷雾干燥法
喷雾干燥法是将已经液化的物料,进行雾化、造粒、干燥、分解等工艺处理,经煅烧即可得到电极材料成品,可以通过控制物料的液化过程和喷雾分解工艺过程来控制材料的形貌。
 
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