镍钴锰三元材料与磷酸铁锂“复合”正极材料

作者: | 发布日期: 2018 年 09 月 05 日 16:33 | 分类: 新能源知识

锂离子电池两种知名的正极材料,镍钴锰三元材料和磷酸铁锂常被业内人士进行对比,有时甚至上升到“对决”的关系。然而,笔者近日发现一篇极具独创性的文献,其中研究的是镍钴锰三元材料和磷酸铁锂复合之后的性能。这两者的“复合”效果会咋样呢?在揭开谜底之前,我们首先来了解一下作者。这篇发表在《电源技术》上的文献作者是防化研究院的周智勇、张松通、邱景义等五位。

该文献选择用物理方法对Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2和LiFePO4进行复合,以期改善锂离子电池的电化学性能。在设计的实验中,分别将两者以100∶0、70∶30、60∶40、50∶50、40∶60、30∶70、0∶100的质量比进行混合,球磨一定时间,混合均匀后与导电剂按照一定的比例进行混合,然后加入适量的N-甲基吡咯烷酮(NMP)真空混料制浆,均匀涂覆于集流体铝箔上,在真空干燥箱中120℃干燥24 h,制得正极极片。然后,在组装完电池并对材料进行表征之后,得出的结果分析如下;

材料的结构与形貌分析

两种材料的结晶度良好,可形成理想的固溶体。

在均匀混合过程中,细小的、分散性较好的LiFePO4颗粒易于分布到Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2的颗粒缝隙之间,实现较好的填充效果,进而可增大电池中正极材料的填充量,有利于提高锂离子电池的比能量。

不同配比的复合对电化学性能的影响

1、相对于单一的LiFePO4,两者复合材料的放电容量有显著的提升。

不同配比复合正极材料的循环曲线

2、随着Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2质量分数的增加,复合材料的放电容量逐渐提高,且循环性能也优于单一材料。

3、当Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2和LiFePO4的质量比为7∶3时制备的复合电极5次循环伏安(CV)曲线的重合度最高,说明此时复合材料的极化程度是所有配比里最小的。

不同配比复合正极材料的 CV 曲线

4、当Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2和LiFePO4的质量比为7∶3时所制备的复合电极相对于其他的配比应会表现出更好的循环性能。

不同配比复合正极材料的交流阻抗图

5、当Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2和LiFePO4质量比为7∶3时电池的初始放电比容量为150.7mAh/g,循环60次后的放电比容量为147.6 mAh/g,容量保持率达到97.96%;平均工作电压为3.72 V(vs.Li+/Li),显著高于LiFePO4的3.40 V(vs.Li+/Li)的放电电压平台。

小结

通过镍钴锰三元材料与磷酸铁锂两种材料的复合,电极反应过程中电荷传递的电阻得到了改善,电池的比能量得到了较好的保持,循环稳定性也有了一定的提高。

参考文献

周智勇,张松通,邱景义,等.镍钴锰三元材料—磷酸铁锂复合及性能研究[J].电源技术,2016,40(11): 2107-2109.

文章来源:粉体网

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