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北京交通大学开发出高倍率性能纳米富锂材料

来源:新材料在线|

发表时间:2016-11-09

点击:19

传统的锂离子电池一般采用钴酸锂材料作为正极材料,钴酸锂材料具有层状结构,其理论比容量为270mAh/g左右,但是其安全性差、成本非常高,因此为了保证钴酸锂材料结构的稳定性,一般将钴酸锂材料的容量限定在140mAh/g左右,也就是将工作电压控制在4.2V左右。


锂离子电池的能量密度(或者叫容量)在过去的25年中一直保持着5-7%的年增长率,传统的钴酸锂材料已经无法满足高比能锂离子电池的需求,加之钴是一种战略金属,价格较高,也限制了钴酸锂材料在动力电池领域的应用。


为了解决钴酸锂材料容量低、价格高的问题,人们开发出了富锂材料。富锂材料是一种具有层状结构的复合材料,其结构为(1-x)Li2MnO3˙x(LiMO2)(M=Ni1-y-xMnyCox),其比容量达到了逆天的250mAh/g以上,这主要是得益于其中过量的锂离子,以及富锂材料中所包含的两种晶系,稳定的Li2MnO3单斜晶系和LiMO2六方晶系。但是富锂材料也存在着自身固有的问题,例如倍率性能差、循环性能差和电压衰降等,只有解决这些问题,才能让广大的电动汽车厂商接受和采用富锂材料动力电池。


为了解决上述问题,北京交通大学的Linjing Zhang等人开发了一种两步水热法合成高倍率性能纳米富锂材料,该材料具有良好的循环性能和倍率性能,1C倍率下比容量可达238.7mAh/g,10C的倍率下,比容量仍然可达182.7mAh/g。


Linjing Zhang利用两步水热法合成了Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2材料,该方法主要包含两个步骤,第一步利用葡萄糖在180℃下水热法合成碳微球,作为第二部模板。在第二步水热法合成过程中,以Ni和Mn的醋酸盐作为原料,在450℃下合成富锂材料,通过在其中添加不同的数量的第一步过程所合成的碳微球来改善富锂材料Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2的形貌结构,这些添加的碳微球模板在后续的烧结过程中会发生分解,从而不会残存碳材料。

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