三元材料的合成方法及特性對比

三元材料的合成方法及特性比照三元材料的合成方法及特性比照三元材料主要的制備方法大致分為固相法和溶液法。固相法有高溫固相法和乙酸鹽燃燒法。 溶膠-凝膠法、共沉淀法、噴霧熱解法等。不同的合成方法對所制備的三元材料的性能有較大的影響。 介紹幾種常見的制備方法：一：溶凝膠法溶膠-凝膠法是將有機或無機化合物經(jīng)溶液，水解等過程形成溶膠，在確定條件下凝膠化等過程而發(fā)生固話，然后經(jīng)熱處理制備固體氧化物，是合成超微顆粒的一種先進(jìn)的軟化學(xué)方法。廣泛應(yīng)用于合成各種陶瓷粉體、涂層、薄膜、纖維等產(chǎn)品。該方法是將較低粘度的前驅(qū)體混合均勻，制成均勻的溶膠，并使之凝膠，在凝膠后或凝膠過程中成型、枯燥，然后燒結(jié)或煅燒。溶膠-凝膠法的特點：1：原材料各組分可到達(dá)原子級的均勻混合，產(chǎn)品化學(xué)均勻性較好，純度較高，顆粒小，化學(xué)計量比可以得到準(zhǔn)確的調(diào)控，有利于材料晶體的生成和生長；2：熱處理溫度可以明顯的降低，熱處理時間可以明顯縮短；適用于合成薄和納米粉體膜；3進(jìn)展準(zhǔn)確的剪裁。4：此外，溶膠-凝膠技術(shù)需要的工藝簡潔，過程簡潔把握。但是合成周期比較長，工業(yè)化生產(chǎn)的難度較大。二：共沉淀法共沉淀法指將反響物溶于溶劑中后，繼而引入沉淀劑使得反響物，使溶液中已經(jīng)混合均勻的各個組分按化學(xué)計量比共沉淀出來，或者在溶液中先反響沉淀出一種中間產(chǎn)物，再把它煅燒分解制備出微細(xì)粉料的產(chǎn)品。目前，三元鎳鈷錳正極材料共沉淀反響爭論中，常用沉淀劑有氫氧化物、碳酸鹽和草酸鹽。共沉淀法的特點：1：工藝設(shè)備簡潔沉淀期間可將合成和細(xì)化一道完成，有利于工業(yè)化生產(chǎn)；2：傳統(tǒng)的固相合成技術(shù)難以使材料到達(dá)分子或原子一問題，從而到達(dá)較低的生產(chǎn)本錢制備高質(zhì)量材料的目的；3：共沉淀方法操作相對簡潔，同時在沉淀過程中 可以通過精準(zhǔn)地把握沉淀條件〔pH值、濃度、絡(luò)合劑、外表活性劑、溶劑組成等〕，實現(xiàn)對產(chǎn)物的形貌和尺寸的煅燒程度可以把握所得粉體的純度、顆粒大小、分散性和相組成；4：樣品煅燒溫度較低、性能穩(wěn)定、重現(xiàn)性好。液相共沉淀法的特點：：工藝設(shè)備簡潔，沉淀期間可將合成和細(xì)化一道完成，有利于工業(yè)化生產(chǎn)；2：可比較準(zhǔn)確把握各組分含量，使不同組分之間實現(xiàn)分子/原子級的均勻混合；3：在沉淀過程中，可以通過把握沉淀條件及下一步沉淀物的煅燒程度來把握所得粉體的純度、顆粒大小、分散性和相組成；4：與高溫固相法相比，其樣品煅燒溫度較低、性能穩(wěn)定、重現(xiàn)性好。三：高溫固相法高溫固相法即反響物僅進(jìn)展固相反響，是合成粉體材料常用的一種方法，也是目前制備正極材料比較常見的一種方法。通常直接將鎳源、鈷源、錳源和鋰源經(jīng)過機械混合，隨后經(jīng)過煅燒得到三元正極材料，是鋰離子電池三元鎳鈷錳正極材料工業(yè)化生產(chǎn)的方法之一。為了使合成材料有抱負(fù)的電化學(xué)性能，滿足Li+的穩(wěn)定性，必需保證其有良好的結(jié)晶度。固相法合成特點：固相法主要承受機械手段進(jìn)展原料的混合及細(xì)化，混合均勻程度有限，導(dǎo)致材料圍觀分布不均勻，使集中過程難以順當(dāng)進(jìn)展；且熱處理溫度較高，時間較長；制備的產(chǎn)品形貌不均勻，顆粒尺寸分布廣泛、電化學(xué)性能較差，并且長時間高溫煅燒〔大于 24h，100℃左右〕能耗大本錢高；此外，機械細(xì)化過程中易引入雜質(zhì)，損害陶瓷粉體的性能，這些限制了固相法的進(jìn)展和應(yīng)用。四：水熱法水熱合成技術(shù)是指在高溫高壓的過飽和水溶液中進(jìn)展化學(xué)合成的方法。它屬于濕化學(xué)法合成的一種。水熱法制備的三元材料顆粒均勻、結(jié)晶度高，并且通過優(yōu)化合成條件可以不含有任何結(jié)晶水，而且粉末的大小、均勻性、外形、成份可以得到嚴(yán)格的把握、生產(chǎn)本錢低。但水熱反響設(shè)備昂貴，制備過程安全性能差，使得其工業(yè)化程度照舊較低。水熱合成省略了煅燒的步驟，也省略了研磨的步驟，因此粉末的純度高，晶體缺陷的密度降低。五：噴霧枯燥法噴霧枯燥法是指將金屬的可溶鹽混合液在枯燥室中霧化形成小液滴，液滴以噴霧形式與熱空氣接觸，經(jīng)蒸噴霧枯燥法的特點：該法的突出優(yōu)點是簡潔通過轉(zhuǎn)變噴霧枯燥條件調(diào)整產(chǎn)品的粒度大小和分布等，此法合成出的材料顆粒大小較全都，形貌好、化學(xué)成分分布比較均勻，顆粒單體分散性好，振實六：模板法模板法憑借其空間限域作用和構(gòu)造導(dǎo)向作用，在制備具有特別形貌和準(zhǔn)確粒徑的材料上有著廣泛應(yīng)用。模板法指承受具有確定形貌或是構(gòu)造的前驅(qū)體物質(zhì)，通過拓?fù)湫?yīng)使最終產(chǎn)物能夠?qū)⒛０鍎┬蚊怖^承并保持下來，是一種常見的制備具有確定形貌三元正極材料的方法。模板法的特點：1：納米多孔極大縮短了鋰離子的集中路徑；2：納米多孔促進(jìn)了材料和電解液的接觸浸潤；3：納米多孔可以緩沖長循環(huán)材料時體積變化，從而提高材料的穩(wěn)定性。小結(jié)綜合LiCoO2，LiNiO2，LiMnO2三種鋰離子電池正極材料的優(yōu)點，三元材料的性能好于以上任一單一組分正極材料，存在明顯的協(xié)同效應(yīng)，被認(rèn)為是最有應(yīng)用前景的型正極材料。目前，鎳鈷錳三元正極材料的爭論主要集中在材料的合成以及電化學(xué)性能與構(gòu)造的關(guān)系上。除上述方法外，還有紅外、離子交換法、輻照凝膠聚合法、微波合成法、脈沖激光沉積等，各反響物的化學(xué)活性高，