中國粉體網訊 引起相同組分三元材料倍率性能差異的原因主要有材料的粒徑、形貌、鋰化配比、煅燒氣氛等。
1、粒徑
粒徑小的材料比表面積較大,材料與電解液的接觸面積較大,同時鋰離子的擴散路徑變短,有利于大電流密度下鋰離子在材料的嵌脫,因此小粒徑材料的倍率性能較好。
要得到小粒徑的三元材料,需要用小粒徑的前驅體煅燒;或將大粒徑的三元材料破碎成小顆粒后進行煅燒。
2、形貌
不同形貌的三元材料倍率性能不同,疏松多孔的形貌有利于電解液的浸潤,縮短鋰離子的擴散路徑,所以倍率性能好于密實的形貌。疏松多孔的三元材料SEM如圖(a)所示。密實的三元材料SEM如圖(b)所示。
用于不同倍率產品的SEM圖
三菱化學用MCC方法制備出一種內部為多孔結構的三元材料,如圖(a)所示。圖中左邊為常規(guī)共沉淀法制備的材料,可見材料內部密實無孔洞。圖中右邊為MCC法制備的材料,其內部有大量孔隙。兩種材料的倍率性能見圖(b),可看出內部有孔隙的材料倍率性能明顯優(yōu)于內部密實的材料。
三菱化學不同倍率性能產品對比
3、鋰化配比
鋰化配比會影響材料的倍率性能。美國Argonne實驗室對比了鋰化配比相差0.05的兩個樣品的倍率性能,結果如圖所示,圖中“x=0”表示樣品分子式分為:Li1.0(Mn4/9Co1/9Ni4/9)O2;“x=0.05”表示樣品分子式為:Li1.05(Mn4/9Co1/9Ni4/9)0.95O2。
從圖中可以看出,在低倍率下(C/12)兩種樣品的容量無差別,但隨著充放電倍率的增大,高鋰化配比的樣品倍率性能明顯好于低鋰化配比的樣品。研究人員認為高鋰化配比材料倍率性能優(yōu)異的原因是其具有較高的電子電導率。
不同鋰化配比的三元材料倍率性能對比
4、煅燒氣氛
煅燒氣氛分別為氧氣和空氣。從圖中可以看出,在0.1C和0.2C情況下,空氣氣氛和氧氣氣氛材料并無明顯差別,但隨著倍率的上升,氧氣氣氛下煅燒的材料倍率性能優(yōu)于空氣煅燒的材料。且五種不同組分的材料都有相同的變化趨勢。但氣氛對不同組分的材料影響效果略有差異。研究人員認為氧氣氣氛減少了材料的陽離子混排,從而使材料擁有較好的倍率性能。
不通氣氛下煅燒出的三元材料倍率性能對比