收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

锂离子电池层状正极材料及其前驱体的制备与性能研究

杨志  
【摘要】: LiCoO2材料综合性能优异,主要采用电池级Co3O4为前驱体,对Co3O4有着很高要求,传统的制备工艺已很难满足日趋苛刻的要求,因此系统地研究并开发电池级Co3O4的生产工艺,具有十分重要的意义。层状LiNixCoyMn1-x-yO2是一种新型的正极材料,是LiCoO2最有可能的替代品,为改善LiNixCoyMn1-x-yO2加工性能并提高电化学性能,分别用碳酸盐共沉淀法和氢氧化物共沉淀法制备了镍钴锰前驱体,并通过工艺优化得到了系列LiNixCoyMn1-x-yO2正极材料,研究了阴离子和表面包覆对性能的影响。一系列研究表明,前驱体对正极材料的性能有很大影响。 采用湿法沉淀-固相热解法制备了符合不同性能要求的Co3O4。采用两次烧结法,破坏草酸钴棒针状模板,使Co3O4球化,得到了粒径分布集中、振实密度高达3.1g·cm-3的类球形Co3O4,以氯化钴为原料时,草酸钴中含有的氯化物有助于烧结。通过对Co(Ⅱ)-NH3-CO32--H2O体系热力学分析,采用CoCl2溶液加入NH4HCO3溶液中的反加法,制备了抗氧化性良好的纯相CoCO3,钴沉淀率超过99.7%,Cl-和Na+含量低于0.01%和0.005%,解决了传统CoCO3制备过程中Na+和Cl-含量高、NH4HCO3沉钴沉淀率低的问题,并经热解焙烧得到形貌、粒度、密度可调的Co3O4。另外,结合对Co(Ⅱ)-NH3-H2O体系的热力学分析,利用络合沉淀法优化工艺条件制备出高密度球形Co(OH)2,并优化工艺得到高比表面积球形Co3O4。 为了进一步简化工艺、降低成本,通过对Co-Cl-O体系和Co-S-O体系热力学平衡分析,研究了水溶性钴盐直接热解制备电池级Co3O4。CoCl2·6H2O热解后的Co3O4具有典型的八面体形貌,预脱水处理及富氧气氛焙烧有助于得到粒径分布均匀的Co3O4,而且,由CoCl2·6H2O可在较低温度和较短时间内获得单晶尺寸超过10μm的Co3O4。通过控制CoSO4·7H2O的热解焙烧条件,得到团聚形貌和单晶形貌两种不同类型的Co3O4,温度是CoSO4·7H2O焙烧制备Co3O4的关键因素,热解过程中产生的O2有催化氧化作用。以不同类型的Co3O4为前驱体合成的LiCoO2材料,均表现出良好的性能,比较而言,以Co(OH)2和水溶性钴盐热解制备Co3O4将是以后的发展方向。 为了改善加工性能和提高电化学性能,通过碳酸盐共沉淀法得到了粒径分布非常集中的球形Ni1/3Co1/3Mn1/3CO3前驱体,密度可达2.0g·cm-3,以此合成了球形LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2,振实密度高达2.32g·cm-3。在2.7-4.3V,以0.2C和1C充放电,首次放电容量分别为170.1 mAh·g-1和158.7mAh·g-1,30次循环后容量保持率分别为93.4%和91.5%。用同样方法制备了球形LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2,振实密度高达2.56g·cm-3。在2.7-4.3V,0.2C、1C首次放电容量分别为174.5mAh·g-1和163.8mAh·g-1,30次循环后容量保持率为94.2%和92.6%。此外,采用非均匀成核法在球形LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2表面包覆了Al2O3,包覆0.5%Al2O3的球形LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2在2.7-4.3V和2.7-4.6V,1C首次放电容量分别为150.1 mAh·g-1和172.6 mAh·g-1,30次后容量保持率为99.0%和87.9%,循环性能得到明显地提高,而且热稳定性也得到明显地改善。 为了进一步降低成本和改善加工性能,采用氢氧化物共沉淀法,使用添加剂A,与氨水组成双络合剂,制备出振实密度高达2.2 g·cm-3的球形镍钴锰前驱体,以此合成了球形低钴LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2和LiNi0.4Mn0.4Co0.2O2,振实密度分别达到2.74g·cm-3和2.68g·cm-3。LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2在2.7-4.3V,0.2C、1C的首次放电容量分别为173.2mAh·g-1、161.0mAh·g-1,30次循环后容量保持率分别为97.8%、94.7%。LiNi0.4Mn0.4Co0.2O2在2.7-4.3V,0.2C、1C首次放电容量分别为171.3mAh·g-1、159.5mAh·g-1,30次循环后容量保持率分别为96.6%、94.2%。另外,采用氯化物为原料,合成了LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2,Mn2+和Co2+的氧化导致氢氧化物前驱体中的Cl-含量超过1.5%,氯化物在LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2的合成过程中起到助熔剂的作用,适量的氯可促进合成过程中LiNixCoyMn1-x-yO2一次颗粒快速融合长大,形成稳定的结构,所得材料的电化学性能优异,并得到了振实密度高达2.74 g·cm-3、一次颗粒5-10μm的LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2材料。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前19条
1 蒋志军;张亚莉;王乾;张慧;;三元正极材料前驱体碱浸影响因素[J];电池;2016年02期
2 余昌旭;张弘弢;;新型材料产业质与量齐头并进[J];当代贵州;2021年44期
3 张臻;张海艳;胡志兵;刘庭杰;孟立君;;锂电三元正极材料前驱体的研究进展[J];矿冶工程;2019年02期
4 黄越;王志兴;李新海;郭华军;王接喜;;锂离子电池正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2及其前驱体的制备和性能(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2015年07期
5 邓凌峰;魏银烨;;电化学合成磷酸铁锂正极材料的前驱体[J];材料导报;2011年24期
6 孙静;寇亮;张超;王继锋;田占元;邵乐;邓增社;;高镍三元前驱体改性研究进展[J];陕西煤炭;2020年S1期
7 胡建芳;;前驱体形貌对三元正极材料电化学循环性能的影响[J];世界有色金属;2021年10期
8 李杰;刘涛;陈圆圆;廖折军;;氨值与搅拌频率对制备三元前驱体的影响[J];广州化工;2020年06期
9 张朋立;宋顺林;刘亚飞;陈彦彬;;共沉淀制备多元材料前驱体产业化关键设备浅析[J];河南化工;2021年09期
10 谢堂锋;陈若葵;巩勤学;朱从辉;黎佳伟;鲁游;;激光粒度仪测定镍钴锰三元材料前驱体粒度的研究[J];矿冶工程;2021年05期
11 常照荣;李华吉;汤宏伟;吕豪杰;;高密度锂离子电池正极材料LiCoO_2前驱体的制备[J];功能材料;2009年05期
12 单斌;蓝宇啸;文艳伟;曹坤;陈蓉;;金属前驱体区域选择性原子层沉积机制[J];金属功能材料;2021年02期
13 庞冰雪;任红涛;;改变金属前驱物来优化二硫化钼材料的生长[J];当代化工研究;2021年22期
14 王海涛;;七绝·处暑[J];吉林人大;2019年09期
15 廖折军;刘涛;蒋海荣;;三元金属液浓度和流量对前驱体合成的影响[J];广东化工;2020年15期
16 张淑亮;刘瑞春;吕芳;;静乐井水位前驱波重现性问题探讨[J];中国地震;2012年02期
17 胡正;彭文杰;王志兴;李新海;;采用空气气氛合成的锂镍钴氧正极材料的性能[J];功能材料;2008年12期
18 曹亚丽;戴仲葭;杜泽学;;三元前驱体的制备及晶体生长过程分析[J];电池;2018年04期
19 常欣;万烨;赵雄;严大洲;袁振军;郭树虎;;先进硅基前驱体的应用研究与技术进展[J];半导体技术;2020年06期
中国重要会议论文全文数据库 前20条
1 杨改;王波;蔡飞鹏;;粒度可控的锂离子电池磷酸铁锂前驱体材料[A];第31届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2015年
2 李金望;田杰谟;董利民;;碳化硅前驱体的制备和结构分析[A];第三届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1998年
3 印万忠;刘志伟;韩跃新;由键;孙伟;;以碱式碳酸锌为前驱物合成纳米氧化锌的研究[A];第十届全国粉体工程学术会暨相关设备、产品交流会论文专辑[C];2004年
4 苗宗成;张永明;金召奎;王冬;杨槐;;一种偶氮苯类液晶光控取向膜前驱体的合成[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
5 李勇;刘福田;;有机前驱体制粉[A];第四届全国颗粒制备与处理学术会议论文集[C];1995年
6 陈俊;公衍生;王传彬;沈强;张联盟;;聚合物前驱体法制备铌酸钾锂粉体的研究[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(2)[C];2007年
7 曹少文;朱英杰;;前驱物转换法制备铁的氧化物前驱物[A];2007年全国博士生学术论坛(材料科学与工程学科)论文集[C];2007年
8 郑洪河;石磊;秦建华;魏献军;汤宏伟;常照荣;;基于新型前驱体的溶胶-凝胶清洁工艺制备钴酸锂[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅲ[C];2004年
9 杨亚珍;王继乾;;前驱体及还原剂对一维铂纳米线仿生合成的影响[A];中国化学会第十五届胶体与界面化学会议论文集(第二分会)[C];2015年
10 桂文君;张海军;杨瑛;;锂离子电池正极材料的高分子前驱物制备过程[A];热烈庆祝中国化学会成立80周年——中国化学会第16届反应性高分子学术研讨会论文集[C];2012年
11 丁楚雄;陈怡梦;陈春华;;锂离子电池富锂相三元正极材料的制备与表征[A];中国固态离子学暨电池材料青年学术论坛——论文摘要集[C];2013年
12 王秋玲;张云艳;陈启明;马士禹;陈邦林;;不同前驱体对氧化锌光催化性能影响的研究[A];上海市化学化工学会2012年度学术年会论文摘要集[C];2012年
13 韩巧凤;王美娟;汪信;;用单原料前驱体合成不同微结构的硫化铅纳米晶[A];中国化学会第27届学术年会第05分会场摘要集[C];2010年
14 杨改;蔡飞鹏;高金华;王建梅;王波;许敏;;锂离子电池微纳米磷酸铁锂正极材料研究[A];第29届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2011年
15 李春;郭灵虹;李自强;支肖琼;;超声波-均相沉淀法合成纳米Co_3O_4及前驱体研究[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅱ[C];2004年
16 韦伟峰;;高性能锂离子正极材料研究[A];2014中国功能材料科技与产业高层论坛摘要集[C];2014年
17 祁文博;王同华;李琳;张萍萍;孙美悦;;炭膜前驱体的设计、制备及其气体分离性能的研究[A];第四届中国膜科学与技术报告会论文集[C];2010年
18 胡修权;孙猛;李桂玲;曹海华;贺爱平;周毅;;碳化前驱体热解氧化法制备高纯超细Mn_3O_4粉体[A];中国颗粒学会超微颗粒专委会2013年年会暨第八届海峡两岸超微颗粒学术研讨会论文集[C];2013年
19 王先友;;锂离子电池富锂正极材料性能改进与提高[A];第七届中国储能与动力电池及其关键材料学术研讨与技术交流会论文集[C];2015年
20 胡国荣;;锂离子电池梯度三元正极材料的研发[A];第七届中国储能与动力电池及其关键材料学术研讨与技术交流会论文集[C];2015年
中国博士学位论文全文数据库 前20条
1 杨志;锂离子电池层状正极材料及其前驱体的制备与性能研究[D];中南大学;2010年
2 王述浩;基于水溶性前驱物的火焰合成与生长路径激光诊断[D];中国科学院研究生院(过程工程研究所);2016年
3 江剑兵;高温长寿命锰酸锂正极材料的合成及其改性研究[D];中南大学;2014年
4 邓章;基于流体动力学的原子层沉积工艺优化与实验验证[D];华中科技大学;2016年
5 黄亮;二氧化硅和氮化硅薄膜的原子层沉积反应机理及前驱体分子设计[D];中国地质大学;2015年
6 崔永福;船用二次电池镍钴锰三元正极材料组织与性能调控策略研究[D];大连海事大学;2020年
7 代冬梅;利用具有纳米结构的前驱体合成锂电池富锂锰基正极材料及其性能研究[D];河南师范大学;2017年
8 何文祥;高能量密度富锂锰正极材料的制备及应用研究[D];南京大学;2020年
9 陶弦;路易斯碱稳定的银(Ⅰ)前驱体及其制备互连材料的研究[D];南京航空航天大学;2012年
10 马全新;锂离子电池富锂锰基正极材料与电极制备及改性研究[D];哈尔滨工业大学;2017年
11 郭林宝;铜锌锡硫硒前驱溶液调控及其高效光伏器件研究[D];中国科学院大学(中国科学院物理研究所);2020年
12 孙刚;锂离子电池富锂正极材料的储锂机制及改性研究[D];燕山大学;2021年
13 李向南;锂离子电池富锂正极材料的制备及关键基础问题研究[D];河南师范大学;2020年
14 汪林;锆、钛氧化物连续纤维前驱体和纤维结晶过程的研究[D];山东大学;2020年
15 张西华;锂离子电池正极废料中镍钴锰酸锂的短程清洁循环技术[D];中国科学院研究生院(过程工程研究所);2015年
16 孟祥琦;锂离子电池三元正极材料失效过程及直接再生研究[D];天津大学;2020年
17 何巍;层状富锂锰基正极材料的合成与结构调控方法[D];武汉大学;2014年
18 王志远;锂离子电池高容量富锂层状正极材料制备与包覆改性研究[D];天津大学;2014年
19 杨秀康;层状富锂正极材料的结构设计、制备及其性能研究[D];湘潭大学;2014年
20 刘艳艳;前驱体控制策略制备碳基纳米复合材料及其性能研究[D];郑州大学;2017年
中国硕士学位论文全文数据库 前20条
1 王淑一;微波水热合成镍钴锰三元前驱体及其性能研究[D];昆明理工大学;2021年
2 汪平;复合型锂离子电池正极材料的合成及性能研究[D];广西大学;2007年
3 邓继东;锂离子电池球形正极材料锰酸锂的制备及性能研究[D];沈阳理工大学;2009年
4 朱小健;锂离子电池正极材料磷酸锰铁锂的制备及研究[D];重庆大学;2020年
5 晋琅;地震前驱波的检测及其特征提取与分类[D];西安电子科技大学;2013年
6 潘阳;富锂锰基锂离子正极材料制备与性能研究[D];北京有色金属研究总院;2014年
7 刘强;锂离子电池富镍系正极材料的制备及掺杂改进研究[D];中南大学;2013年
8 常亮;锂离子电池正极多元活性材料的制备与研究[D];河北工业大学;2006年
9 叶超;锂离子电池镍钴铝三元正极材料的制备及性能研究[D];华南理工大学;2017年
10 房博;电磁感应透明介质中光学前驱场的相干控制[D];吉林大学;2013年
11 冯艳春;前驱物法低温合成六方氮化硼[D];大连理工大学;2012年
12 粟泽龙;锂离子电池富锂锰基正极材料的制备及其电化学性能的研究[D];重庆大学;2017年
13 张睿;锂离子电池三元正极材料的合成工艺与改性研究[D];武汉工程大学;2015年
14 于双恩;前驱体法铬基颜料制备与铁含量影响研究[D];大连理工大学;2017年
15 丁靓;新型一价铜前驱物的制备及其用于化学气相沉积铜薄膜的研究[D];浙江大学;2010年
16 陈雄;前驱体晶相对浆态床合成甲醇铜基催化剂催化性能的影响[D];太原理工大学;2013年
17 孙冬;亚微米镍钴锰三元正极材料的制备研究[D];昆明理工大学;2016年
18 张儒超;高镍三元正极材料的合成优化及改性研究[D];青岛科技大学;2020年
19 张芳芳;正极材料磷酸铁锂的制备与改性[D];哈尔滨工程大学;2014年
20 俞栋;硫化亚铜基正极材料的原位电化学制备及其储锂性能研究[D];西北师范大学;2015年
中国重要报纸全文数据库 前20条
1 记者 覃秘;格林美再锁定65万吨前驱体材料大单[N];上海证券报;2021年
2 记者 韩远飞;道氏技术拟100亿元加码三元前驱体[N];上海证券报;2022年
3 兰州日报社全媒体记者 孙理;金川科技园 国内多种电池正极材料前驱体生产商[N];兰州日报;2020年
4 证券时报记者 阮润生;锂电正极材料公司业绩爆发 产业链上下游加速绑定[N];证券时报;2022年
5 报道组 周毅辉 通讯员 邱倩雯;“时代锂电”2号正极厂房项目开工[N];衢州日报;2021年
6 马超;南开大学:落叶制备高效正极材料[N];中国科学报;2018年
7 本报记者 张海燕;四大特征识别“前驱王”[N];中国质量报;2011年
8 本报记者 杨晓秋;宁夏汉尧无钴化正极材料在锂电成功应用[N];宁夏日报;2020年
9 记者 闫茜;银川经开区企业宁夏汉尧实现无钴化正极材料量产[N];银川日报;2020年
10 记者 李少鹏;宁德时代再度扩充正极材料资源库[N];上海证券报;2019年
11 本报数据研究部 穆龚;三元正极材料获突破 锂电池行业打破垄断[N];上海证券报;2014年
12 本报记者 张朝晖 崔小粟;当升科技总经理陈彦彬:技术创新构建锂电正极材料企业“护城河”[N];中国证券报;2022年
13 记者 邓亮;浙江巴莫3C用正极材料项目开工[N];衢州日报;2022年
14 本报记者 李婷;多家锂电公司业绩翻番 正极材料龙头企业“春节不打烊”[N];证券日报;2022年
15 本报记者 吴奕萱;三元正极材料高镍化趋势明显 容百科技抢占先发优势[N];证券日报;2019年
16 本报记者 吴奕萱;高镍正极材料供不应求 容百科技借力科创板上市抢占市场[N];证券日报;2019年
17 记者 施铭;我省高镍正极材料研发取得新突破[N];云南日报;2019年
18 记者 李尔纳;课,原来可以上得更精彩[N];鞍山日报;2010年
19 记者 覃秘;新能源汽车规划落地 VC看好正极材料企业[N];上海证券报;2012年
20 记者 俞慧友;高能锂离子电池“双重修饰”正极材料合成[N];科技日报;2019年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978