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對比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。溶液法主要包括溶膠-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。下面簡單介紹幾種常見的制備方法：(eUVFM》LIoLltuLKUHJCT(eUVFM》LIoLltuLKUHJCT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，在一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的軟化學方法。廣泛應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、干燥，然后燒結或煅燒。溶膠-凝膠法的特點：1：原材料各組分可達到原子級的均勻混合，產(chǎn)品化學均勻性較好，純度較高，顆粒小，化學計量比可以得到準確的調控，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：通過控制溶膠-凝膠工藝參數(shù)有可能實現(xiàn)對材料的結構進行精確的剪裁。4：此外，溶膠-凝膠技術需要的工藝簡單，過程容易控制。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應物溶于溶劑中后，繼而引入沉淀劑使得反應物，使溶液中已經(jīng)混合均勻的各個組分按化學計量比共沉淀出來，或者在溶液中先反應沉淀出一種中間產(chǎn)物，再把它煅燒分解制備出微細粉料的產(chǎn)品。目前，三元鎳鈷錳正極材料共沉淀反應研究中，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：工藝設備簡單沉淀期間可將合成和細化一道完成，有利于工業(yè)化生產(chǎn)；2：傳統(tǒng)的固相合成技術難以使材料達到分子或原子級化學計量比混合，而采用共沉淀方法往往可以解決這一問題，從而達到較低的生產(chǎn)成本制備高質量材料的目的；3：共沉淀方法操作相對簡單，同時在沉淀過程中，可以通過精準地控制沉淀條件（pH值、濃度、絡合劑、表面活性劑、溶劑組成等），實現(xiàn)對產(chǎn)物的形貌和尺寸的調控。在沉淀過程中，通過控制沉淀條件及下一步沉淀物

的煅燒程度可以控制所得粉體的純度、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。rhermostatwaterbath共沉淀裝置示意圖液相共沉淀法的特點：1：工藝設備簡單，沉淀期間可將合成和細化一道完成，有利于工業(yè)化生產(chǎn)；2：可比較精確控制各組分含量，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，可以通過控制沉淀條件及下一步沉淀物的煅燒程度來控制所得粉體的純度、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應物僅進行固相反應，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。為了使合成材料有理想的電化學性能，滿足Li+脫嵌體結構的穩(wěn)定性，必須保證其有良好的結晶度。固相法合成特點：固相法主要采用機械手段進行原料的混合及細化，混合均勻程度有限，導致材料圍觀分布不均勻，使擴散過程難以順利進行；且熱處理溫度較高，時間較長；制備的產(chǎn)品形貌不均勻，顆粒尺寸分布寬泛、電化學性能較差,并且長時間高溫煅燒（大于24h,100℃左右）能耗大成本高；此外，機械細化過程中易引入雜質，損害陶瓷粉體的性能，這些限制了固相法的發(fā)展和應用。四：水熱法水熱合成技術是指在高溫高壓的過飽和水溶液中進行化學合成的方法。它屬于濕化學法合成的一種。水熱法制備的三元材料顆粒均勻、結晶度高，并且通過優(yōu)化合成條件可以不含有任何結晶水，而且粉末的大小、均勻性、形狀、成份可以得到嚴格的控制、生產(chǎn)成本低。但水熱反應設備昂貴，制備過程安全性能差，使得其工業(yè)化程度仍然較低。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：噴霧干燥法噴霧干燥法是指將金屬的可溶鹽混合液在干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)蒸發(fā)、沉淀、分解、燒結等過程得到干燥產(chǎn)物的一種方法。噴霧干燥法的特點：該法的突出優(yōu)點是容易通過改變噴霧干燥條件調節(jié)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一致，形貌好、化學成分分布比較均勻，顆粒單體分散性好，振實密度高，工藝簡單，容易實現(xiàn)，耗時短，無工業(yè)廢水產(chǎn)生等。六：模板法模板法憑借其空間限域作用和結構導向作用，在制備具有特殊形貌和精確粒徑的材料上有著廣泛應用。模板法指采用具有一定形貌或是結構的前驅體物質，通過拓撲效應使最終產(chǎn)物能夠將模板劑形貌繼承并保持下來，是一種常見的制備具有一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擴散路徑；2：納米多孔促進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，被認為是最有應用前景的新型正極材料。目前，鎳鈷錳三元正極材料的研究主要集中在材料的合成以及電化學性能與結構的關系上。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，各反應物的化學活性高，反應速度快，可實現(xiàn)三元正極材料的快速制