高性能富鋰材料 1C倍率下比容量可達238.7mAh/g[朗讀]

傳統的鋰離子電池一般採用鈷酸鋰材料作為正極材料，鈷酸鋰材料具有層狀結構，其理論比容量為270mah/g左右，但是當鋰離子脫出超過50%時，會造成結構不穩定，引起鈷酸鋰材料的層狀結構塌陷，因此為了保證鈷酸鋰材料結構的穩定性，一般將鈷酸鋰材料的容量限定在140mah/g左右，也就是將工作電壓控制在4.2v左右。
近年來隨著鋰離子電池的能量密度的持續提升，傳統的鈷酸鋰材料已經無法滿足高比能鋰離子電池的需求，加之鈷是一種戰略金屬，價格較高，也限制了鈷酸鋰材料在動力電池領域的應用。
為了解決鈷酸鋰材料容量低、價格高的問題，人們開發出了富鋰材料。富鋰材料具有固溶體結構，比容量可達300mah/g，並且由於大量採用了價格低廉的mn元素，極大的降低了富鋰材料的成本，是一種十分具有希望的新一代鋰離子電池正極材料。
但是富鋰材料也存在著自身固有的問題，例如倍率性能差、循環性能差和電壓衰降等，只有解決這些問題，才能讓廣大的電動汽車廠商接受和採用富鋰材料動力電池。
為了解決上述問題，北京交通大學的linjingzhang等人開發了一種兩步水熱法合成高倍率性能納米富鋰材料，該材料具有良好的循環性能和倍率性能，1c倍率下比容量可達238.7mah/g，10c的倍率下，比容量仍然可達182.7mah/g
linjingzhang利用兩步水熱法合成了li[li0.2ni0.2mn0.6]o2材料，該方法主要包含兩個步驟，第一步利用葡萄糖在180℃下水熱法合成碳微球，作為第二部模板。在第二步水熱法合成過程中，以ni和mn的醋酸鹽作為原料，在450℃下合成富鋰材料，通過在其中添加不同的數量的第一步過程所合成的碳微球來改善富鋰材料li[li0.2ni0.2mn0.6]o2的形貌結構，這些添加的碳微球模板在後續的燒結過程中會發生分解，從而不會殘存碳材料。
研究發現，當碳微球的添加量過少時，反而會造成富鋰材料的納米顆粒發生團聚，而碳微球過多時則會造成材料的顆粒過於鬆散，添加10wt%碳微球的富鋰材料具有最好的循環性能、倍率性能和最少電壓衰降。
電化學測試發現，添加10%碳微球的富鋰材料表現出了最好的循環性能，電池在2.0-4.8v之間循環，電流密度為25ma/g，50次循環的容量保持了為92%，電壓衰降為4.1%。在倍率測試中發現該材料還具有良好的倍率性能，在1c、2c、5c和10c的倍率下，該材料的放電容量分別為238.7，219.3，204.8和182.7mah/g
形貌調整是改善正極材料性能的有效方法，通過減小活性物質顆粒的粒徑可以顯著的降低li+的擴散路徑，改善擴散動力學特徵，但是材料顆粒的粒徑過小也會造成熱穩定降低，顆粒團聚和副反應增加等問題，因此正極材料形貌的調整需要考慮諸多因素的影響。