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2結果與討論
2.1 材料結構表征
對兩種鋰源所制備的三元材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2,分別進行了XRD 表征,如圖1 所示。比較兩個譜圖,兩種鋰源所制備的三元正極材料樣品結構并沒有明顯差異。采用MDI.Jade.5.0分析軟件對譜圖進行擬合分析, 得到鋰源分別為碳酸鋰和氫氧化鋰時, 晶胞參數比值c /a 的值分別為4.965 0 和4.965 2,兩種材料的(108)和(110)峰分裂明顯,且峰值也比較高,可見所制備的材料晶型完美,具有比較完整的層狀結構。譜圖上沒有明顯的雜質峰,可以說明所制備的材料為純相。
3 電化學性能分析
3.1 鋰源對材料電化學性能的影響
鳳谷技能科技鋰電材料燒結研發部門解釋道,三元材料的煅燒過程是一個消耗氧氣并產生廢氣的過程,采用碳酸鋰會產生二氧化碳和水蒸氣,采用氫氧化鋰會產生水蒸氣。為不斷提升材料品質,鋰源已逐漸轉向氫氧化鋰。只有使用氫氧化鋰才能得到高品質高鎳正極材料。
由圖4 可見,采用碳酸鋰制備的三元材料,首次放電比容量達到165 mAh/g,400 次循環,容量保持率達到86%左右,而采用氫氧化鋰所制備的三元材料, 首次放電比容量達到171mAh/g,400 次循環,容量保持率達到91%。從整個循環過程來看,以氫氧化鋰為鋰源的材料循環曲線更為平滑穩定;以碳酸鋰為鋰源的材料約350 次循環后容量衰減逐漸加快從圖10 和圖11 可見, 材料的顆粒粒徑隨著燒結時間的延長或者燒結溫度提高而有所增大, 材料粒徑增大則會延長鋰離子擴散的路徑,陽離子混排程度增大[13],從而造成材料的首次放電比容量和循環穩定性下降。
4 結論
不同的鋰源對三元正極材料的電化學性能有較大的影響。在其他條件不變的前提下,采用氫氧化鋰不僅可以做到低溫燒結, 更重要的是材料在高電壓下具有比采用碳酸鋰更加優異的電化學性能。要得到高品質的三元材料,必須嚴格控制產品鋰含量。鋰含量上升,不但增加生產成本,更重要的是會造成材料表面殘留堿和pH 值高、振實密度偏低等問題,從而影響材料循環穩定性。燒結溫度和時間主要影響材料的循環穩定性以及粒度分布。適當提高燒結溫度和時間有利于增強材料的二維結構穩定性,使材料層狀特征更加完善。綜上,采用氫氧化鋰為鋰源,可在低溫下制備高電壓體系的三元正極材料,所得材料不但品質更高,而且無需改性,就能顯著提升材料的抗高壓性能以及循環穩定性。