[01459087]锂离子电池高密度球形系列正极材料-高密度球形镍钴锰酸锂(LiNi<,1/3>Co<,1/3>Mn<,1/3>O<2>)

正极材料是锂离子电池的重要组成部分。目前，研究最多的正极材料是LiCoO<,2>、LiMn<,2>O<,4>、LiNiO<,2>。LiCoO<,2>是唯一大规模商品化的正极材料，研究比较成熟，综合性能优良，但价格昂贵，容量较低，毒性较大，存在一定的安全性问题，预计将被高性能低成本的新型材料所取代。尖晶石LiMn<,2>O<,4>成本低，安全性好，但循环性能尤其是高温循环性能差，在电解液中有一定的溶解性，储存性能差。LiNiO<,2>成本较低，容量较高，但制备困难，材料性能的一致性和重现性差，存在较为严重的安全问题。LiNiO<,0.8>Co<,0.2>O<,2>可看成LiNiO<,2>和LiCoO<,2>的固溶体，兼有LiNiO<,2>和LiCoO<,2>的优点，一度被人们认为是最有可能取代LiCoO<,2>的新型正极材料，但仍存在合成条件较为苛刻(需要氧气气氛)、安全性较差等缺点，综合性能有待改进。近来，新型的三元复合氧化物镍钻锰酸锂(LiNi<,1/3>Co<,1/3>Mn<,1/3>O<,2>)日益受人瞩目。在该材料中，Ni为+2价，Co为+3价，Mn为+4价；充电时，Mn<'4+>不变价，Ni<'2+>变为Ni<'4+>，CO<'3+>变为C0<'4+>。研究表明，该新型正极材料集中了LiCoO<,2>、LiNiO<,2>、LiMn<,2>O<,4>等材料的各自优点：成本比LiCoO<,2>大大降低，与LiNi<,0.8>Co<,0.2>O<,2>相当，甚至低于LiNi<,0.8>CO<,0.2>O<,2>；电压平台高；可逆容量大(160-190mAh/g)；结构稳定，安全性好，优于LiNi<,0.8>Co<,0.2>O<,2>，介于LiNi<,0.8>Co<,0.2>O<,2>和LiMn<,2>O<,4>之间；循环性能好；合成容易，只需在空气气氛中即能合成。与钴酸锂一样，球形化是镍钴锰酸锂(LiNi<,1/3>CO<,1/3>Mn<,1/3>O<,2>)正极材料的重要发展方向，具有一系列突出的优点。清华大学核能与新能源技术研究院新型能源与材料化学研究室经过多年刻苦攻关，开发出新型的控制结晶-固相反应新工艺，合成高密度球形镍钴锰酸锂，为国际首创。该镍钴锰酸锂粉体材料由单分散球形颗粒组成、堆积密度大、流动性好、可加工性能好、比容量大、各项理化指标和电化学性能指标优良。采用该新技术生产高密度球形镍钴锰酸锂，以金属镍、金属钴、镍盐、钴盐、锰盐为原料，采用特殊的控制结晶技术预先合成高活性的球形前驱体，再与锂源共混热处理的方法，一步煅烧合成高密度球形镍钴锰酸锂。利用该技术制备所得球形镍钴锰酸锂不仅具有球形钻酸锂的突出优点，而且成本明显降低，容量明显增大，是最有可能取代钻酸锂的新一代正极材料。技术指标：外观：黑色粉末，无结块微观形貌：由单分散球形颗粒组成(图略)。粒度分布：D<,50>=5～10μm，粒度呈正态分布，根据市场需要可适当调节松装密度：≥1.4g/cm<'3>；振实密度：>2.3g/cm<'3>比表面积：0.15-0.30m<'2>/g。电化学性能：首次放电比容量大于170mAh/g，第50次放电比容量大于160mAh/g。合作方式：该技术尚处于实验室研制阶段，但已取得决定性突破。热忱欢迎各界朋友与该校合作，进行中试放大和进一步研究开发直至产业化。