鎳鈷鋁酸鋰三元正極材料的制備方法

鎳鈷鋁三元鋰電池電化學能作為一種儲能方式，可以將化學能轉化為電能,是最具發展潛力的新能源之一。鋰離子電池的出現源自1980 年，十幾年后索尼公司就實現了鋰離子的商業化應用。其正負極之間的反應被形象的稱為“搖椅式反應”。在充電和放電過程中,鋰離子經歷了從正極材料脫出，經電解質擴散,嵌入到負極再由從負極材料脫離，經電解質回到正極材料。在鋰離子受到關注之前,鉛酸電池和鎳鎘、鎳氬電池是主要的二次電池。但由于鉛酸電池密度大,從而導致能量密度低,并且鉛元素會污染環境并對人體有毒;鎳鎘電池中因含有鎘，也對環境有污染,并且存在記憶效應,即每.次充電前都必須放電,才能充電。

郁亞娟等的研究結果表明:在產生相同電能的條件下對環境的污染程度由重到輕依次為:鎳鎘電池鉛酸電池、鋰離子電池。鎳氫電池耐熱性能差,當電池溫度高于45C,壽命就會大幅度下降，并且耐過充能力差。自鋰電池問世以來,其優越的特點使其迅速得到了廣泛的應用,這主要歸功于其優越的高能量密度。鋰元素在元素周期表排序僅為第3，相對分子量僅為6.94，而鉛、鎳、鎘的相對分子量分別為207.2.58.59、112.41。因此鋰離子電池的密度一般較低，能量密度相應較高。一個鋰離子電池的質量約為鉛酸蓄電池的1/5~1/6， 而目前常用的鋰離子電池密度可高達450~620Wh/kg，約為鉛酸蓄電池的5~7倍。除此之外,鋰電池的工作電壓較高,約3~4V,大約是鎳鎘電池和鎳氫電池的3倍。鋰離子電池循環壽命也較長,一般可達到300~800次，甚至有些種類的鋰離子電池可以達到2000次以上。電池的自放電率對其存放時間有較大的影響。

鋰離子電池的自放電率低,在25C下儲存1個月后,單個鋰離子電池的損失量{自放電率)為1~2%，而鎳鎘電池的自放電率為25~30%, 鎳氬電池的自放電率為30~35%。鋰離子電池通常按照正極材料的不同進行分類,常見的有錳酸鋰鎳酸鋰、鈦酸鋰、鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、三元鋰電池。因能量密度較高和相對成本較低的原因,三元鋰電池逐漸取代磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鈦酸鋰和鈷酸鋰電池,成為了應用最廣的二次電池。

三元鋰電池是由鎳鹽、鈷鹽、錳鹽或者鎳鹽、鈷鹽、鋁鹽,這3種成分按照一定的比例配制成,分別稱為鎳鈷錳和鎳鈷鋁電池。不同的鎳鈷鋁酸鋰的制備方法各有優勢和劣勢,將兩種方法結合,發揮各自的優勢使劣勢得到彌補是目前的鎳鈷鋁酸鋰制備方法的研究方向。雖然制備方法不同,但是鎳鈷鋁酸鋰正極材料普遍具有能量密度高、成本低、循環壽命較長,但導電性差、倍率和循環性能不理想的缺點。目前大量的研究側重于采用摻雜和表面包覆等手段,提高正極材料的電子和離子電導率,阻礙正極材料與電解液發生副反應,生成HF,從而提高正極材料與負極材料間的有效電子和離子傳輸，提高正極材料的倍率性能和循環性能。目前,使用鳳谷陶瓷內膽回轉窯兩步法制備鎳鈷鋁酸鋰加摻雜或包覆改性是制備電學性能較優的鎳鈷鋁酸鋰正極材料的理想方法。