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[导读]随着全球多样化的发展,我们的生活也在不断变化着,包括我们接触的各种各样的电子产品,那么你一定不知道这些产品的一些组成,比如锂离子电池正极材料。锂离子电池的重要部件有正极、负极、电解液、隔膜等,锂离子能量的存储和释放是以电极材料的氧化还原反应形式实现的,正极活性物质是锂离子电池最为关键的核心材料。

随着全球多样化的发展,我们的生活也在不断变化着,包括我们接触的各种各样的电子产品,那么你一定不知道这些产品的一些组成,比如锂离子电池正极材料。锂离子电池的重要部件有正极、负极、电解液、隔膜等,锂离子能量的存储和释放是以电极材料的氧化还原反应形式实现的,正极活性物质是锂离子电池最为关键的核心材料。

经过近30年的快速发展,正极材料包括氧化钴锂,锰酸锂,氧化镍镍钴(LiNi1-xCoxO2,也称为NC),锰酸锂镍钴,铝酸锂镍钴,磷酸铁锂等。工业化,并已扩展到可在许多领域中使用。随着对新能源汽车高能密度正极材料的需求,锂镍钴锰氧化物三元材料已成为最重要的正极材料,并且占正极材料的比重最大。

1.正极材料的主要元素含量:锂离子电池中的正极材料是含有锂的氧化物。通常,锂含量越高,容量越高。例如,锰酸锂的Li含量仅为4.2%,而钴酸锂和镍酸锂的含量约为7.1%,而富锂的锰碱的含量约为10%。如果材料成分固定,则应以实际测试平均值加公差的形式给出主要元素的含量,以实现相应的电化学活性并保持批次之间的稳定性。锂离子电池中的正极材料都是含锂的氧化物。通常,锂含量越高,容量越高。

2.正极材料的晶体结构:锂离子电池正极材料的晶体结构主要分为三类:α-NaFeO2层状,橄榄石型和尖晶石型。 在正极材料中,LiCoO2的纯相更易于制备,并且产物具有α-NaFeO2的层状结构,与美国粉末衍射标准联合委员会发布的证卡50-0653#相对应。 LiMn2O4的纯相较易获得,且产物具有尖晶石。立方结构,对应JCPDS5-0782#卡; LiFePO4必须在惰性气氛中制备,因为其Fe为+2,并且产品具有橄榄石结构,对应于JCPDS83-2092#卡。

3.正极材料的粒径分布:正极材料的粒径将直接影响电池浆料和极靴的制备。通常,大粒径材料的浆料具有低粘度和良好的流动性,并且可以使用较少的溶剂和较高的固体含量。正极材料的粒径通常通过激光粒径分析仪测定,将粒径分布曲线中的累积分布为50%时的最大粒径的当量直径D50作为平均粒径。正极材料的粒度和分布与前体,烧结和压碎过程密切相关。通常,它应该显示正态分布。钴酸锂一般以四氧化钴和碳酸锂为原料制备,其烧结性能非常好。它可以通过控制关键因素(例如Li / Co,烧结温度和加热速率)来生长,因此对原材料的需求较低。

4.正极材料的密度:锂离子电池的体积能量密度在很大程度上取决于活性材料的密度。正极材料的密度与其中所含元素的原子量,晶体排列方式,结晶度,球形度,粒径和分布,密度等密切相关,并受制备过程的影响。正极材料的密度分为疏松堆积密度,振实密度,粉末压实密度,极靴压实密度,理论密度等。

5.正极材料的比表面积:当正极的比表面积较大时,电池的倍率特性较好,但通常更容易与电解质反应,这使得周期和存储更糟。正极材料的比表面积与粒径和分布,表面孔隙率和表面涂层密切相关。在锂钴氧化物体系中,具有小颗粒的速率型产物对应于最大的比表面积。由于磷酸锂铁的导电性差,因此将颗粒设计为纳米聚集体的形式,并且表面覆盖有无定形碳,从而在所有正极材料中获得了最高的比表面积。

6.正极材料的水分含量:正极材料的水分含量与其比表面积,粒度和分布,表面孔隙率以及表面涂层密切相关。水分含量对电池打浆有很大的影响。通常,正极浆料主要使用聚偏二氟乙烯(PVDF)作为粘合剂,并且使用N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂。在该有机体系中,分子量大的PVDF没有完全溶解,而是以溶胶的形式存在。当正极材料的水分和残留碱含量高时,有机溶胶体系将被破坏,PVDF与NMP分离,浆料的粘度将急剧增加,甚至出现胶冻。

在研究设计过程中,一定会有这样或着那样的问题,这就需要我们的科研工作者在设计过程中不断总结经验,这样才能促进产品的不断革新。

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