一、技术原理
锂离子电池是一种先进的蓄电池,它相对于传统的铅酸电池具有较高的能量密度、高容量和长循环寿命。锂离子电池中的正极材料在电池充放电过程中具有十分重要的作用,因此开发具有高性能的正极材料一直是全世界电池科学家研究的前沿课题。
锂离子电池的正极材料一般是由金属元素,碳和金属氧化物组成的复合材料。通常的反应式为Li+ +M → LiM,其中,M为金属元素或金属氧化物。
金属元素、碳和金属氧化物能够在充放电过程中相互作用,以储存离子和电荷,增加充放电反应处理能,增强锂离子电池性能。
正极材料也是由有机电解质和无机电解质组成。添加有机电解质可以在充放电过程中减少无机电解质中的正电荷的析出速率,增加正极材料的耐久性,延长循环寿命。
二、工艺
锂离子电池正极材料的制备技术有多种,主要包括溶胶法、熔点法、物理混合法和压延电沉淀等。
1、溶胶法
溶胶法是利用薄膜技术来制备原材料,通过将某种有机溶剂中的有机电解质溶解,加入适量无机电解质,经过加热蒸发制备好薄膜,再将薄膜烧结进行熔粉成片处理,即可制备出市场上大多数的氧化锰类正极材料。
2、熔点法
熔点法又称高温蒸发法,是一种技术比较成熟、性能稳定的制备锂离子电池正极材料的方法。制备步骤是将适量的正极材料、电解质以及其它有机物混合,放入容器,烧结混合物,再加入适量有机物经搅拌后继续烧结,待其变为悬浮状/稠状膏体或者剩余的气体挥发完毕,料液和气体会凝结结成一块儿,然后,将该块材料磨细并用布状覆盖,大多数情况下,以345-500克水为标准,再用酸性电解液沉淀后即可制成。
3、物理混合法
物理混合法是将多种金属原料以物理混合的方式混合,制成具有一定形貌和结构的材料,经升温到一定温度时,多种金属在此温度下发生熔融,相互作用影响,然后冷却后形成正极材料,这是一种具有一定经济效益和准确性的技术制备方法。
4、压延法
压延法通常用于制备钴酸锂等锂离子电池负极材料。将适量的正极材料原料的电解质、钴酸锂混合,经复合,反复压延成形,再在专用压延机上对样品进行压延,使其具有一定的结构、硬度和粒径,最后以酸性电解质来固定混合物,即可生产出钴酸锂等正极材料。
三、优缺点
正极材料有许多优点。首先,其体积尺寸小,结构牢固稳定;其次,它有良好的放电性能,可以快速放出大量的电量;再次,它的可循环次数高,可以达到500次以上;最后,它的环境性能好,可以在高温环境中使用。
正极材料也有一些缺点。首先,由于其有机电解质的存在,在高温下易发生氧化反应,导致其受损;其次,其容量约束性较大,难以满足大容量的要求;再次,其制备工艺较为复杂,成本较高;最后,其在高压状态下容易发生放电过热,致使电池受损。
因此,要想获得高性能的锂离子电池正极材料,需要对正极材料的反应机理、结构和制备工艺进行深入的研究,以期获得更好的性能。