《低共熔混合鋰鹽合成高密度鋰離子電池正極材料的研究》是依託河南師範大學，由常照榮擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：低共熔混合鋰鹽合成高密度鋰離子電池正極材料的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：常照榮
- 依託單位：河南師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目旨在利用體系的最低熔點，使得混合鋰鹽在較低的溫度下熔化並與過渡金屬氧化物自混合均勻，從而避免現有工藝所採用的長時間機械球磨，有機物的使用以及過量熔鹽所造成的複雜處理工序。整個反應在較寬的溫度範圍內處於液固狀態，離子擴散速度顯著加快，可以有效降低反應溫度和時間，合成出符合化學計量比以及結晶發育良好的嵌鋰正極材料，同時也可以有效地解決陰離子摻雜在高溫條件下容易分解的難題。本項目針對不同種類嵌鋰過渡金屬氧化物找出適宜的低共熔混合鋰鹽體系，研究合成條件對產物晶體結構、形貌及性能的影響規律，揭示在低共熔多元混合鋰鹽體系中合成不同晶體結構鋰離子電池正極材料的反應機理以及合成條件對晶體生長取向和高度定向排列的影響規律，找出產物晶格生長取向與振實密度和電化學性能之間的對應關係，建立對應的結構模型，為合成結晶程度高、結構熱穩定性好、振實密度高和電性能優良的鋰離子電池正極材料提供實驗數據和理論依據。
結題摘要
本項目主要研究用低共熔混合鋰鹽合成高密度鋰離子電池正極材料，探求其反應機理以及合成條件等因素對產物晶體結構、振實密度、形貌和電性能的影響規律，為合成性能優良的鋰離子電池正極材料提供實驗數據和理論依據。項目主要研究內容和發現： （1）由LiOH-LiNiO3和LiOH-Li2CO3組成的低共熔混合鋰鹽可以有效地解決鋰離子電池正極材料固相反應物混合不均勻的難題，合成的六方層狀結構材料具有陽離子混排程度小，振實密度高和電化學性能優良的特點。研究結果表明：低共混合鋰鹽合成Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2的過程是由鋰鹽融化、滲透、反應、晶型轉化以及晶化等步驟組成，而且最終產物的顆粒形貌由過渡金屬氫氧化物顆粒形貌所決定。河南科隆新能源有限公司採用低共熔鋰化工藝開發的高性能三元系鋰離子電池正極材料與現有111、523等產品相比，具有振實密度高，比容量大和循環壽命長的優點。 （2）過渡金屬氧化物的結構、振實密度、顆粒形貌和處理方式對合成的鋰離子電池正極材料的物理和電化學性能具有重要的影響。研究結果表明：高密度氫氧化鎳的形貌、密度、結構和性能的關係研究不僅可以用於提高鎳氫電池的性能，而且對合成具有六方層狀結構的高密度鋰離子電池正極材料的前軀體有著重要的指導作用；水合肼可以有效地去除錳氧化物Na、K、Fe、Ga、Mg等雜質，以此為前軀體合成的尖晶石LixMn2-xO4具有高的結晶度和優異的電化學性能；以球形β-MnOOH為前軀體與具有較低熔點的鋰鹽混合製備出的球形LiMn2O4顆粒，其振實密度高達2.67 g cm-3，是目前文獻報導的最高值。 （3）為進一步降低鋰鹽熔點以至最終過渡到液相分子和原子級別的混料，我們嘗試了一種新的方法，即採用二甲亞碸為沸點提升劑和粒徑生長抑制劑，在常壓和108°C的條件下，可直接由液相反應得到粒徑小且分布均勻的單一相橄欖石結構的磷酸鐵鋰。這種方法既可以有效地解決反應物料混合均勻問題，同時也避免了水熱合成對容器壓力的限制，為合成納米級橄欖石結構的鋰過渡金屬磷酸鹽提供了一條新的思路。本項目的完成為合成高性能鋰離子電池正極材料提供實驗數據和理論依據，具有重要的科學價值和套用價值，同時也為新思路的進一步深入研究奠定了很好的基礎。
