锂离子电池纳米正极材料合成方法研究进展「那艾」喷雾干燥机应用

锂离子电池纳米正极材料合成方法研究进展「那艾」喷雾干燥机应用

发表时间:2024-10-28 次数:15

锂离子电池最初主要以小型高能量密度二次电池问世,经过近年来研究技术以及应用领域的拓展(如电动汽车等),锂离子电池开始朝着多元化方向推进,其应用主要有如下5个方向":高能量密度电池、高功率动力电池、长寿命储能电池、双高(高能量密度和高功率密度)电池和微型锂离子电池。然而,锂离子电池技术的核心是电极材料。要提高锂离子电池的电化学性能,关键要寻找一种合适的电极材料,使电池具有足够高的嵌锂容量和很好的锂的研究,日本和美国对纳米电极材料的研究较多6。美国研究出的新型纳米结构电池材料,可以快速地充放电。由于受动力及锂离子的嵌入能力和结构稳定性限制,目前实际应用的锂离子电池只能在一定程度上满足一些不同应用的要求。锂离子在固相中扩散性低(约108 cm2/s),不可避免地限制了锂嵌入、脱出的速率,因而降低了充放电功率。

纳米正极材料能够很大程度提高嵌入、脱出速率,提高比功率,被认为是最有希望突破这些限制从而达到多元化目标,有很好发展潜力的材料。不同制备方法合成的纳米正极材料,其电化学性能有一定差别,因此对纳米合成方法的研究显得更有意义。本文主要对纳米级锂离子电池正极材料的合成方法及存在问题进行了介绍。

关于锂离子电池纳米正极材料的报道很多,其优点包括:

1)尺寸效应:尺寸小,Li嵌脱路径短,能更好地释放嵌脱锂的应力,加速Li*扩散,提高快速充放电能力[10-12];

2)表面效应:表面张力比普通正极材料大,嵌锂过程中,溶剂分子难以进入材料的晶格,因此可阻止溶剂分子的共嵌,延长电池的循环寿命[10-12];

3)比表面积较大,与电解液的接触面积大,能提供更多的Li*嵌脱位置;纳米正极材料表面的高孔隙率也使嵌锂空位增多,具有比普通正极材料更高的容量[3.10.12];

4)纳米材料的超塑性和蠕变性使得其对体积变化具有较强的承受能力并降低聚合物电解质的玻璃化转变温度[4.12]。

由于纳米材料具有小尺寸效应和表面效应,且化学电源中的活性材料与这些效应相关,因此可以设想,作为电极活性材料,表面增大,会降低电流密度,极化减小,导致放电容量增大,使之可能具有良好的电化学活性。

那艾-喷雾干燥机

喷雾干燥法

喷雾干燥法是将金属盐溶解于溶剂中形成均匀的溶液,呈流变相,使起始原料达到分子级混合,通过物理手段使其雾化,再经过物理、化学途径将其转变为超微粒子的方法。优点是干燥速度快、效率高、工序少、节省人力。

Luo等12l以淀粉为碳源,喷雾造粒后在N气氛下热处理,合成了粒径约为400 nm的 LiFePO,/C复合材料,微小的形态有助于良好的电化学性能,0.1C下放电放电比容量达到170 mAh/g,接近于理论比容量。

高飞等用喷雾干燥法,合成了粒径为几十纳米的近球形LiFePO4,以葡萄糖为碳源,制得了粒径更小的掺碳LiFePO;纳米颗粒。纯LiFePO首次循环的比容量仅为95 mA-h/g,循环性能较差;掺碳3.8%(质量分数)后的首次循环比容量为137mA·h/g,且在10 C、循环50次后,比容量为117mAh/g,碳的掺入提高了材料的电化学性能。