锂电池正极材料前驱体有害阴离子的危害及脱除研究

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在众多锂离子电池正极材料制备方法中,化学共沉淀法由于具有计量比准确、形貌均匀可控、合成反应温度低、重现性好等特点而备受研究者的关注,是锂离子电池正极材料商用化最有效的制备途径。用金属硫酸盐和氢氧化钠共沉淀制备 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料的前驱体时产生的 SO42-杂质以及用氯酸盐和氢氧化钠共沉淀制备LiCoO2的前驱体中产生的Cl-杂质均难以脱除,锂离子电池中残余过多的这类杂质会导致正极材料层状结构不理想并引起电池循环性能变差、腐蚀电池材料及设备等问题。本文通过硫酸盐金属溶液与氢氧化钠共沉淀法制备出正极材料Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2前驱体,扫描电子显微镜(SEM)表征前驱体的形貌及结构,分析影响共沉淀反应的工艺参数,制备出具有良好层状结构的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2电池正极材料,并从杂质产生机理和赋存形态研究解决其难以脱除的成因,通过系统实验研究制定出高效可行的脱除杂质技术方案。对不同 SO42-含量的 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料结构用X射线衍射仪(XRD)分析并辅以电化学性能测试SO42-对电池材料的危害。  分析表明:在共沉淀法合成Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2前驱体过程中,当 pH值为10.2共沉淀合成36h时前驱体具有比较均一良好的形貌,表面光滑且界面清晰。不同于LiCoO2电池正极材料前驱体中以表面吸附的形式存在的Cl-杂质可以直接通过加热的去离子水洗涤脱除,水温越高、用水量越大,Cl-脱除效果越明显。而Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2前驱体中难以脱除的SO42-是以络合盐离子形式存在的,一种新的方法是用2%的 NaOH溶液浸湿洗涤脱除SO42-,电化学性能测试在2.5-4.3V电压下以0.2C充放电发现,低 SO42-含量(0.28%)的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2作为电极材料在30周期后较高 SO42-含量(0.48%)的电极材料有明显较好的层状结构、更高的首次放电容量和充放电循环稳定性,100次充放电循环后库仑效率为92%(157.6/171.2 mA·h/g)。
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