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關于鋰離子電池正極材料的研究與發展

來源:鉅大LARGE    2018-11-07    點擊量:24

上世紀末,從鋰離子電池正極材料加工性能和電池性能的角度出發,清華大學研究團隊提出了控制結晶制備高密度球形前驅體的技術,結合后續固相燒結工藝,提出了制備含鋰電極材料的產業技術。其中,控制結晶方法制備前驅體,可以在晶胞結構、一次顆粒組成與形貌、二次顆粒粒度與形貌,以及顆粒表面化學四個層面對材料的性能進行調控與優化。

利用該技術工藝生產的材料具有顆粒粒度及形貌易控制、均勻性好、批次一致性和穩定性好的特點,可以同時滿足電池對于材料電化學性能和加工性能的綜合要求。因材料的堆積密度高,尤其適用于高比能量電池。該技術工藝適用于多種正極材料,并適合于大規模生產,隨著時間的推移,逐步被證明是鋰離子電池正極材料的最佳生產技術工藝,得到了現今產業界的普遍接受和認可。這也是我國科學工作者對國際鋰離子電池產業做出的重要貢獻之一。

鋰離子電池正極材料的研究與發展

鋰離子電池具有比能量高、儲能效率高和壽命長等優點,近年來逐步占據電動汽車、儲能系統以及移動電子設備的主要市場份額。從1990年日本Sony公司率先實現鋰離子電池商業化至今,負極材料一直是碳基材料,而正極材料則有了長足的發展,是推動鋰離子電池性能提升的最關鍵材料。

鋰離子電池正極材料的研究與發展,主要在三個方面進行:

1)基礎科學層面,主要是發現新材料,或者對材料組成、晶體結構及缺陷結構的計算、設計與合成探索,以期發現電化學性能優異的新型正極材料;

2)材料化學層面,主要探討合成技術,以期對材料晶體結構、取向、顆粒形貌、界面等材料結構因子進行優化,獲得電化學性能、加工性能和電池性能的最佳匹配,目的是研發可實現正極材料綜合性能最優化的材料結構及其合成方法;

3)材料工程技術層面,主要是發展可大規模、低成本、穩定的設備與工藝,以期發展合理的工程技術,滿足市場需求。

鋰離子電池正極材料要在全電池中發揮最優良的性能,需要在材料組成優化的前提下,進一步優化材料的晶體結構、顆粒結構與形貌、顆粒表面化學、材料堆積密度和壓實密度等物理化學性質,同時還需要嚴防工藝過程引入微量金屬雜質。當然,穩定、高質量的大規模生產是材料在電池制造中性能穩定的重要的保障。隨著鋰電技術的日臻完善和鋰電市場的日趨成熟,不同正極材料的應用領域逐漸出現劃分,即鋰離子電池對于各種正極材料的性能要求也不盡相同。因而,正極材料的主流合成技術與工藝也經歷了不同的發展路徑。

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