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關于鋰離子電池正極材料的研究與發(fā)展

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2018年11月07日  

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(fā),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(xù)固相燒結工藝,提出了制備含鋰電極材料的產業(yè)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(yōu)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(wěn)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(guī)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(xiàn)今產業(yè)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(yè)做出的重要貢獻之一。

鋰離子電池正極材料的研究與發(fā)展

鋰離子電池具有比能量高、儲能效率高和壽命長等優(yōu)點,近年來逐步占據電動汽車、儲能系統(tǒng)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(xiàn)鋰離子電池商業(yè)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(fā)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(fā)展,主要在三個方面進行:

1)基礎科學層面,主要是發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)電化學性能優(yōu)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(yōu)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(fā)可實現(xiàn)正極材料綜合性能最優(yōu)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(fā)展可大規(guī)模、低成本、穩(wěn)定的設備與工藝,以期發(fā)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(fā)揮最優(yōu)良的性能,需要在材料組成優(yōu)化的前提下,進一步優(yōu)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(wěn)定、高質量的大規(guī)模生產是材料在電池制造中性能穩(wěn)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(xiàn)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(fā)展路徑。

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