【本刊精選】《鋰源及燒結條件對三元材料電化學性能影響》

201903期刊載了湖南海利鋰電科技股份有限公司汪永斌先生的文章“鋰源及燒結條件對三元材料電化學性能影響”

該文章主要內容：采用高溫固相兩次燒結法，以氫氧化鋰和碳酸鋰為鋰源制備了性能優良的三元正極材料（LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂），研究表明以氫氧化鋰低溫制備的材料其綜合電性能表現更加優異。在室溫25 ℃，高電壓范圍3.0～4.45 V下，扣式電池1 C放電比容量達到171 mAh/g，400次充放電循環，容量保持率達到91%。

該文主要值得注意的要點：

1）鋰源及燒結條件會直接影響制備材料的物化特性。

2）采取適宜燒結條件以氫氧化鋰為鋰源制備的材料性能表現更為優異。

摘抄該文部分內容如下：

三元正極材料（LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂），由于具有高電壓、高比能量密度、良好循環性能以及低廉價格等優點，迅速占領了鋰離子動力電池正極材料市場^[1-2]。高鎳三元正極材料如523、622、811和NCA，對燒結條件要求隨著鎳含量的提升而趨于苛刻；提高充電截止電壓會對材料的循環穩定性和安全性能提出嚴峻挑戰^[5-6]。

以不做改性并提高材料容量和循環性能為前提，采用不同鋰源和兩段燒結的方法制備了LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂，著重研究所制材料樣品在高電壓下（3～4.45 V）的容量和循環性能，探究不同燒結條件對性能影響程度，為進一步改進LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂循環穩定性和加快實際應用奠定理論基礎。

1 材料制備

按照Li和M化學計量比為1.01～1.12， M為前驅體中Ni、Co、Mn總量，將贛鋒鋰業產鋰源和邦普循環產三元前驅體投入轉速為50 r/min斜式混料機混合均勻。

燒結分兩次進行。第一次，混合材料置于燒結爐內，在空氣氣氛中，以3 ℃/min的速度升溫至700 ℃，保溫10 h后，開始降溫，控制降溫速率為5 ℃/min，降至室溫后，取出燒結后物料，經過破碎研磨，過325目篩。第二次，經過過篩的粉料置于燒結爐內，在空氣氣氛中，以3 ℃/min的速度升溫至800～950 ℃，保溫12 h后，開始降溫，控制降溫速率為5 ℃/min，降至室溫后，取出燒結后物料，經過破碎研磨，過325目篩，得到LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂正極材料。

2 材料表征

使用日本島津X射線衍射儀分析樣品物相，CuK a靶輻射，掃描范圍10°～90°，掃描速度2 (°)/min，管電壓40 kV，管電流300 mA。采用掃描電鏡觀察樣品的微觀形貌。使用Malvern3000型激光粒度儀分析樣品的粒度分布。采用智能振實密度儀測試樣品的振實密度，每分鐘振動300次，總共振動3 000次，樣品質量為500 g。使用pH計測試樣品的pH值。

3半電池制作及電化學性能測試

將所制備的正極材料、導電炭黑和聚偏氟乙烯按質量比90∶5∶5混合，加入適量N-甲基吡咯烷酮，然后以小型真空攪拌機充分攪拌4 h，得到稀稠度適當的活性漿料，用小型流延自動涂膜烘干機在鋁箔上均勻涂覆并烘干，將所得極片沖制成直徑為12 mm的小圓片，壓片后在80 ℃下繼續烘干4 h。在高純氬氣保護的手套箱中，組裝成2025型扣式電池。

采用藍電CT2001A型電化學測試儀進行充放電測試，高電壓范圍為3～4.45 V。組裝完成的電池在室溫25 ℃下，靜置24 h后，首先采用0.1 C倍率，活化充放電三次，然后在1 C倍率下進行循環充放電測試。

4 結果與討論

4.1材料結構表征

對兩種鋰源所制備的三元材料LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂，分別進行了XRD表征，如圖1所示。

4.2 材料形貌表征

不同鋰源制備的三元材料LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂的SEM形貌如圖2和圖3所示，兩種方法制備的材料，其晶粒邊界清晰，小單晶的二次團聚顆粒為球形。樣品顆粒都比較均勻，平均粒徑10 μm左右。相比之下，以氫氧化鋰制備的材料，其形狀更加規整。