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富锂相xLi2MnO3·(1-x)LiMnO2正极材料的水热合成及性能

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第４３卷第４期　２０１５年８月　浙江工业大学学报　Ｊ０ＵＲＮＡＬ　０Ｆ　ＺＨＥＪ１ＡＮＧ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ　ＯＦ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　Ｖｏ１．４３　ＮＯ．４　Ａｕｇ．２０１５　

富锂相ｘＬｉ２　ＭｎＯ３・（１－－ｘ）ＬｉＭｎＯ２　

正极材料的水热合成及性能　

王连邦　，蒋靖康　。苏利　

（１．浙江工业大学化学工程学院，浙江杭州３１００１４；２．　伟　，臧宁　，徐　亮。，朱伟　

国家动力及储能电池产品质量监督检测中心，浙江长兴３１３１００）　

摘要：电动车的发展对锂离子电池正极材料提出了更高的要求．锰基富锂相ｘＬｉ　ＭｎＯ。・（１一　）　

ＬｉＭｎＯ　复合材料因其高容量、价格低廉以及环境友好等优点成为锂离子电池正极材料的研究热　

点．采用两步水热法成功合成了分散均匀的０．４Ｌｉ２ＭｎＯ。・０．６ＬｉＭｎＯ　复合材料，并对其结构和电　

化学性能进行了研究．结果表明：经电化学活化后的材料容量可达１８９．４　ｍＡｈ／ｇ，３０周后材料的放　

电容量较常规充放电活化高约１０　ｍＡｈ／ｇ．电化学活化能有效激活Ｌｉ。ＭｎＯ。相并增加材料的容量，　

这为含Ｌｉ　ＭｎＯ。相的复合材料提供了增强电化学性能的方法．　

关键词：锂离子电池；正极材料；ｘＬｉ２ＭｎＯ３・（１一ｚ）ＬｉＭｎＯ２复合材料；水热法；电化学活化　

中图分类号：ＴＭ９ｌ１．１８　文献标志码：Ａ　文章编号：１００６—４３０３（２０１５）０４—０３５５－０５　

Ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ　ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　ｏｆ　Ｌｉ—ｒｉｃｈ　ｘＬｉ２　ＭｎＯ３・（１－－ｘ）ＬｉＭｎＯ２　

ｃａｔｈｏｄｅ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ａｎｄ　ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　

ＷＡＮＧ　Ｌｉａｎｂａｎｇ　，ＪＩＡＮＧ　Ｊｉｎｇｋａｎｇ　，ＳＵ　Ｌｉｗｅｉ。，ＺＡＮＧ　Ｎｉｎｇ。，ＸＵ　Ｌｉａｎｇ　，ＺＨＵ　Ｗｅｉ。　

（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ　３１００１４，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｐｏｗｅｒ　ａｎｄ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｓｔｏｒａｇｅ　Ｂａｔｔｅｒｙ　Ｐｒｏｄｕｃｔ　Ｑｕａｌｉｔｙ　Ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ　ａｎｄ　Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ　Ｃｅｎｔｅｒ，Ｃｈａｎｇｘｉｎｇ　３１３１００，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎｅｗ　ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃａｔｈｏｄｅ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｏｆ　Ｌｉ—ｉｏｎ　ｂａｔｔｅｒｉｅｓ　ａｒｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　

ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｖｅｈｉｃｌｅｓ（ＥＶ）．ｘＬｉ２　ＭｎＯ３・（１一　）ＬｉＭｎＯ２　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｉｓ　ｏｎｅ　０ｆ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　

ｆｏｃｕｓ　ｏｆ　ｃａｔｈｏｄｅｓ　ｉｎ　Ｌｉ—ｉｏｎ　ｂａｔｔｅｒｉｅｓ　ｄｕｅ　ｔｏ　ｔｈｅｉｒ　ｈｉｇｈ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ａｎｄ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｂｅｎｉｇｎｉｔｙ．Ｉｎ　

ｔｈｉｓ　ｗｏｒｋ，ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ—ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ　０．４Ｌｉｚ　ＭｎＯ３・０．６ＬｉＭｎＯ２　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　ａｒｅ　ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ　ｖｉａ　ａ　ｔｗｏ—　

ｓｔｅｐ　ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｔｈｅｉｒ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ａｒｅ　ｔｅｓｔｅｄ．Ｔｈｅ　

ｒｅｓｕｌｔｓ　ｒｅｖｅａｌ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｃａｎ　ｒｅａｃｈ　ｔｏ１８９．４　ｍＡｈ／ｇ，ａｎｄ　ｒｅｍａｉｎｅｄ　１０　ｍＡｈ／ｇ　

ｈｉｇｈｅｒ　ｔｈａｎ　ｔｈａｔ　ｗｉｔｈｏｕｔ　ａ　ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ａｆｔｅｒ　ｉｔ　ｌａｓｔｓ　３０　ｗｅｅｋｓ．Ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　

ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｃａｎ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ａｃｔｉｖａｔｅ　Ｌｉ２　ＭｎＯ３　ｐｈａｓｅ　ａｎｄ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｔｈｅ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｗｈｉｃｈ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ａ　ｗａｙ　

ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ　ｏｆ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ　Ｌｉ２　ＭｎＯ３　ｐｈａｓｅ．　

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｉｔｈｉｕｍ　ｉｏｎ　ｂａｔｔｅｒｙ；ｃａｔｈｏｄｅ；ｘＬｉ２　ＭｎＯ３・（１一ｚ）ＬｉＭｎＯ２　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ；ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ　

ｍｅｔｈｏｄ；ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　

近年来，电动汽车（ＥＶ）以及混合动力汽车　

（ＨＥＶ）的发展推动了大功率锂离子电池产业的快　

速发展，因此亟待开发比传统ＬｉＣｏＯ　具有更高电　压、更高容量、安全环保且价格低廉的正极材料　．　

锰基正极材料因其贮量丰富，成本低且无污染的优　

点，受到广泛关注，其中尖晶石型ＬｉＭｎ　Ｏ　研究较　

收藕Ｅｔ期：２０１５－０Ｚ一１３　

基金项目：浙江省科技厅重大专项（２０１２Ｃ１４０２７）；国家科技支撑计划项目（２ｏ１４ＢＡｃｏ３Ｂ０３）；湖州市优秀创新团队项目（２０１２Ｃ７００２６）　

作者简介：王连邦（１９７３一），男，浙江宁海人，教授，博士生导师，研究方向为化学电源和储能设计，Ｅ—ｍａｉｌ：ｗａｎｇｌｂ９９＠ｚｊｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ．

　浙江工业大学学报　第４３卷　

时容量比４．５　Ｖ时高２０～３０　ｍＡｈ／ｇ．当复合材料　

在ＥＣＴ程序下充放电时，２～４．５　Ｖ充放电结束后，　

放电容量为１２７　ｍＡｈ／ｇ，与图４（ａ）中第二周放电容　

量相差不大；随着电压的逐步增加，材料的脱嵌锂程　

度增加，当活化电压达到４．８　Ｖ稳定充放电时，放电　

容量达到１８９．４　ｍＡｈ／ｇ，比最初容量提高了６２．４　

ｍＡｈ／ｇ，３０周后材料的放电容量较常规充放电（图　

比容量／（ｍＡｈ・ｇ　）　（ａ）２～４　５　Ｖ电压范围下充放电曲线　

比容量／（ｍＡｈ・ｇ　）　（ｃ）电化学活化（ＥＣＴ）时充放电曲线　４ｂ）时高约１０　ｍＡｈ／ｇ，为１４６．７　ｍＡｈ／ｇ，５０周后的　

放电容量仍高于常规充放电容量７　ｍＡｈ／ｇ．随着充　

放电电压的逐步增加，材料的容量逐渐增加．电化学　

逐步充放电活化能够有效激活Ｌｉ　ＭｎＯ。相，提高材　

料的容量，这为含Ｌｉ。ＭｎＯ。的复合材料提供了增强　

电化学性能的方法．　

∞　●　

暑　Ⅲ嘧１ｌ　

筮　００　７５　

５０　２５　

００　７５　比容￣，／（ｍＡｈ・ｇ　）　（ｂ）２～４　８　Ｖ电压范围下充放电曲线　

０　ｌ０　２０　３０　４０　５０　循环数／次　（ｄ）复合材料的循环性能图　

图４复合材料不同周数的充放电曲线及循环性能　

Ｆｉｇ．４　Ｃｈａｒｇｅ／ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｐｒｏｆｉｌｅｓ　ａｔ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｃｙｃｌｅｓ　ａｎｄ　ｃｙｃｌｉｃ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ　ｏｆ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　

图５为复合材料前三周的循环伏安曲线（ＣＶ），　

其中，扫描电压为２～４．８　Ｖ，扫描速率为０．１　ｍＶ／　

Ｓ．从图５可以看出第一周约４．１　Ｖ出现了一个尖锐　

的氧化峰，对应充放电曲线中３．８　Ｖ时的平台及随　

后的斜坡；同时在接近４．８　Ｖ时出现尖峰，表明　

Ｌｉ　ＭｎＯ。相的活化过程．第二周和第三周时３．３　Ｖ　

和２．７　Ｖ处出现一对氧化还原峰，对应Ｍｎ。　／　

Ｍｎ　的转变；４．２　Ｖ和３．８　Ｖ处的一对氧化还原峰　

对应ＬｉＭｎＯ　的层状结构转化而成的类尖晶石结构　

相的反应，与第二周后的充放电曲线平台对应，证明　

了层状结构向类尖晶石结构的转变；第三周的４　Ｖ　

左右的氧化还原峰较第二周明显，表明类尖晶石结　

构随着循环的进行逐渐增加．从ＣＶ曲线中可以看　

出：第一周循环后材料中层状结构和类尖晶石结构　

共同存在，形成一个混合相复合材料．　图５　０．４Ｌｉ２Ｍｎ０３・０．６ＬｉＭｎＯ２复合材料的循　

环伏安图　

Ｆｉｇ．５　Ｃｙｃｌｉｃ　ｖｏｌｔａｍｍｏｇｒａｍｓ　ｏｆ　０．４Ｌｉｚ　Ｍｎ０３・　

０．６ＬｉＭｎＯｚ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　Ｍ　

Ｏ　０第４期　王连邦，等：富锂相ｘＬｉ。ＭｎＯ。・（１－－ｘ）ＬｉＭｎ０　正极材料的水热合成及性能　・　３５９　・　

３　结　论　

采用水热法合成了０．４Ｌｉ　ＭｎＯ。・０．６ＬｉＭｎＯ２　

复合材料，为富锂相复合材料的合成提供了一种稳　

定可控且相对温和的制备方法．同时对复合材料的　

结构和形貌进行了表征，研究了其在不同充放电电　

压范围及电化学活化时的性能．结果表明：所得产物　

结晶度良好，经电化学活化后的材料容量可达　

１８９．４　ｍＡｈ／ｇ，３０周后材料的放电容量较常规充放　

电高约１０　ｍＡｈ／ｇ．电化学活化能有效激活　

Ｌｉ　ＭｎＯ。相并提高材料的容量，这为含Ｌｉ　ＭｎＯ。　

的复合材料提供了增强电化学性能的方法．　

参考文献：　

［１］王连邦，李晟，张品杰，等．低成本动力锂离子电池磷酸铁锂正　

极材料的合成及性能［Ｊ］．浙江工业大学学报，２０１２，４０（４）：　

３５５－３６０．　

［２３　ＷＡＮＧ　Ｌ，ＴＡＮＧ　Ｗ，ＪＩＮＧ　Ｙ，ｅｔ　ａ１．Ｄｏ　ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ　ｍｅｔａｌ　ｃａｒ—　

ｂｏｎａｔｅｓ　ｈａｖｅ　ｇｒｅａｔｅｒ　ｌｉｔｈｉｕｍ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ　ｔｈａｎ　ｏｘｉｄｅｓ？Ａ　

ｃａｓｅ　ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｍｏｎｏｄｉｓｐｅｒｓｅ　ＣｏＣＯｓ　ａｎｄ　ＣｏＯ　ｍｉｃｒｏｓｐｉｎｄｌｅｓ［Ｊ］．　

ＡＣＳ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ＆Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ，２０１４，６（１５）：１２３４６—　

１２３５２．　

［３］　ｓｕ　Ｌ，ＪＩＮＧ　Ｙ，ｚＨｏＵ　ｚ．Ｌｉ　ｉｏｎ　ｂａｔｔｅｒｙ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｗｉｔｈ　ｃｏｒｅ—　ｓｈｅｌｌ　ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ［Ｊ］．Ｎａｎｏｓｃａｌｅ，２０１Ｉ，３（１Ｏ）：３９６７—３９８３．　

［４］毛信表，王连邦，马淳安．新型锂储藏合金负极材料研究进展　

口］．浙江工业大学学报，２００６，３４（４）：３６４—３６８．　

［５］王连邦，唐伟杰，苏利伟，等．纳米ＬｉＭｎ２Ｏ　的动态水热法制备　

及储锂性能［Ｊ］．浙江工业大学学报，２０１４，４２（５）：４７３—４７７．　

［６］　ＩＤＥＭＯＴＯ　Ｙ，ＭＯＣＨＩＺＵＫＩ　Ｔ，ＵＩ　Ｋ，ｅｔ　ａ１．Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，　

ｃｒｙｓｔａｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｎｄ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　０一ＬｉＭｎＯｚ　ａｓ　ｃａｔｈｏｄｅ　

ｍａｔｅｒｉａｌ　ｆｏｒ　Ｌｉ　ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　ｂａｔｔｅｒｉｅｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｅｌｅｃｔｒｏ—　

ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｓｏｃｉｅｔｙ，２００６，１５３（２）：４１８—４２４．　

［７］ＷＡＮＧ　Ｄ，ＨＵＡＮＧ　Ｙ，ＨＵｏ　Ｚ，ｅｔ　ａ１．Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅ　ａｎｄ　ｅｌｅｃ—　

ｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｍｇ－ｄｏｐｅｄ　Ｌｉ—ｒｉｃｈ　ｌａｙｅｒｅｄ　Ｌｉ　

［Ｌｉ０　２Ｎｉｏ．２Ｍｎｏ　６３０２　ｃａｔｈｏｄｅ　ｍａｔｅｒｉａｌ［Ｊ］．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｉｍｉｃａ　Ａｃ—　

ｔａ，２０１３，１０７：４６１—４６６．　

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锂离子电池富锂锰基正极材料面临的挑战及解决方案

锂离子电池富锂锰基正极材料面临的挑战及解决方案

锂离子电池富锂锰基正极材料面临的挑战及

解决方案

锂离子电池中的正极材料可以分为多种，其中富锂锰基材料具有

高比容量、低成本等优势，被广泛应用于电动汽车和便携式电子设备

等领域。但是，富锂锰基正极材料也面临着一些挑战，主要包括以下

几个方面：

1.安全性问题。富锂锰基材料在充放电过程中易发生氧化还原反

应，释放大量的热量，导致电池温度升高。如果过度充放电或温度过

高，可能会产生热失控，引发电池火灾或爆炸等安全问题。

2.循环寿命问题。随着充放电次数增加，富锂锰基材料会发生结

构变化，导致电池容量下降。这种退化现象会限制电池的循环寿命，

影响其应用效果。

3.耐高温性问题。富锂锰基材料具有较低的熔点和热稳定性，容

易在高温环境下发生热失控与退化。

为解决这些挑战，目前的一些解决方案主要包括以下几个方面：

1.控制电池温度。在电池设计中增加散热结构、采用材料稳定性

高的电解质等方法都可以有效控制电池温度，避免热失控现象的发

生。2.改进电池结构。采用多层复合结构和功能分层结构等设计方

法，可以提高电池的机械强度和抗热性能，抑制富锂锰基材料的退

化。

3.探索新型材料。研究新型富锂锰基材料，提高其循环性能和安

全性能，如在富锂锰基材料中添加其他金属离子、氟离子等元素，或

采用纳米尺度掺杂等方法，在电极材料的晶体结构和电子状态上进行

调控和优化。

综上所述，富锂锰基正极材料在解决安全性、循环寿命和耐高温

等问题上仍需进一步研究和完善，这也是锂离子电池领域的重要发展

方向之一。

锰酸锂 磷酸锰铁锂 富锂锰基

锰酸锂 磷酸锰铁锂 富锂锰基

锰酸锂、磷酸锰铁锂、富锂锰基是目前锂离子电池中常用的正极材料，它们在电池行业中具有重要的地位，因此对它们的研究备受关注。本文将从以下几个方面对这三种正极材料进行介绍和分析。

一、锰酸锂

1.锰酸锂简介

锰酸锂是锰酸盐中的一种，化学式为LiMnO2。它是一种无机化合物，具有正极材料的特点。

2.锰酸锂的性能

锰酸锂的理论比容量较高，可达到275mAh/g，具有较高的放电电压和较平缓的充放电曲线，因此在一定程度上能提高电池的循环寿命。

3.锰酸锂的应用

锰酸锂主要应用于锂离子电池的正极材料中，广泛用于移动电源、电动汽车、储能系统等领域。

二、磷酸锰铁锂

1.磷酸锰铁锂简介

磷酸锰铁锂是一种多元化合物，化学式为LiMnFePO4。它是一种锰铁锂磷酸盐，具有优异的电化学性能，是一种绿色环保的正极材料。

2.磷酸锰铁锂的性能

磷酸锰铁锂具有较高的放电电压，能够提供稳定的电压输出，同时具有优异的循环寿命和安全性能，是一种性能良好的正极材料。

3.磷酸锰铁锂的应用

磷酸锰铁锂主要应用于锂离子电池、充电宝、无线鼠标、安防设备等领域，被广泛应用于现代生活中的各个方面。

三、富锂锰基

1.富锂锰基简介

富锂锰基材料是指以锰酸锂为主要成分的锂离子电池正极材料，具有较高的比容量和良好的电化学性能。

2.富锂锰基的性能

富锂锰基具有较高的比容量，能够提供更高的能量密度，同时具有良好的循环寿命和安全性能，是一种性能优异的正极材料。

3.富锂锰基的应用

富锂锰基材料广泛应用于电动汽车、储能系统、电动工具等领域，是锂离子电池中使用最为广泛的正极材料之一。

锰酸锂、磷酸锰铁锂和富锂锰基都是锂离子电池中常用的正极材料，它们各自具有不同的优点和应用领域，在未来的发展中仍将发挥重要作用。随着新能源领域的不断发展壮大，这些正极材料的研究和应用也将迎来更多的机遇和挑战。相信在未来的发展中，这些正极材料将会不断取得突破性的进展，为新能源领域的发展做出更大的贡献。近年来，随着新能源汽车市场的蓬勃发展和全球对清洁能源的迫切需求，锂离子电池作为最具潜力和应用前景的储能技术之一，备受关注。而在锂离子电池中，正极材料的性能对电池的性能、循环寿命和安全性都具有重要影响，因此对锂电池正极材料的研究和开发也成为新能源领域中的热门话题。

锂离子电池的高镍正极材料的制备及性能优化

锂离子电池的高镍正极材料的制备及性能优化

化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2024 年第 43 卷第 3 期

锂离子电池高镍正极材料的制备及性能优化

吴剑扬1，申兰耀1，2，于永利2，王汝娜2，蒋宁1，2，杨新河2，邱景义3，周恒辉1，2

（1 北京大学化学与分子工程学院，北京 100871；2 北京泰丰先行新能源科技有限公司，北京 102200；

3 防化研究院，北京 102205）

摘要：高镍三元正极材料具有很高的理论容量，可被用于提高锂离子电池体系的能量。目前研究较多的高镍材料

是镍摩尔分数在三元素中占比为80%的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2，但是为了追求更高的能量密度，具有更高镍摩尔分数

（镍摩尔分数＞88%）的超高镍材料也需要被研究。然而，镍含量的提升对材料结构稳定性造成的负面影响阻碍

了高镍材料的实际应用。因此，优化高镍材料的制备工艺十分重要。本工作首先制备了镍摩尔分数为88%、90%、92%、94%以及98%的超高镍材料，探究了它们的基本物理化学性质与电化学性能，验证了镍摩尔分数提

升对于材料容量和结构稳定性带来的影响。进一步地，本工作选取了镍摩尔分数为90%的高镍材料（Ni90），着

重探究了烧结温度对其性质的影响，发现Ni90材料颗粒会随着烧结温度的上升而增大，而在750℃的适宜烧结温

度下，材料能在结构和颗粒尺寸上达到平衡，得到倍率和循环综合性能最好的Ni90材料。同时，对于不同镍含

量的材料，也需要选择适中的温度进行烧结，才能兼顾材料的性能与稳定性。

关键词：电化学；制备；高镍材料；正极；锂离子电池

中图分类号：TH3 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2024）03-1387-08

Preparation and performance optimization of high-nickel cathode

materials in lithium-ion batteries

层状锰酸锂-

层状锰酸锂-

。

精选资料，欢迎下载 1结构特性

LiMnO:有4利l结构形式13]，其中单斜LiMn02 (m-LiMn02和正交LiMn02 (o-LiMn02)有层状结构，前者为a-NaFe02型结构，后者为岩盐结构。在热力学平衡条件下，m-LiMnO:没有o-LiMn02稳定，原因是:① Mn3十之间的反铁磁相4_作用;②Jahn-Teller畸变的影响;③离子半径和电荷影响!al 层状LiMnO:的问题有:①属热力学亚稳定，Mn3十不稳定，中等温度下就易向高价转化，形成类尖inW结构的Lie } Mn2 }O4;②Mn3十(tZSeS)引起的Jahn-Teller效应使O排列发生畸变，难形成理想的密堆积，影响结构的稳定!4t .③充放电过程中会发生单斜结构向菱形结构的转化，引起体积变化，使容量下降。

(B)二维扩散路径之层狀结构金属氧化物

在嵌入式化合物中，具有层狀结构的LiMO2(M = Co、Ni、Mn等)，氧離子形成了立方最密堆积结构，而Li+和M3+则交错占据(111)面的八面体位置，如图(2-8a)[25]，图中阴影部份为M3+的位置，白色部分为Li+所占据的位置。而图2-6中所列的层狀LiMO2之中，LiTiO2在合成上有其困难度[26]；LiVO2在充电时(即锂嵌出时)，会破坏阳離子的规则排列[26-27]；LiCrO2由于铬价數不易改变，导致难以充电[28]；LiNiO2的Ni易变成Ni2+，故合成不易，大部分制备所得的LiNiO2都含有少量的Ni在锂離子层中。这些残留的Ni会影响到其结构的稳定性，进而降低电池的循环寿命[29-31]。而LiCoO2只要制备过程中条件适当地控制，便很容易得到稳定的层狀结构[17]，因此LiCoO2也是目前商品化锂離子电池正极材料的主流。但由于全世界的Co矿存量少，加上其为战略性物质，因此限制其在大型化电池上的应用。因此，逐渐有期待以Mn作为其替代物的趋势。o-LiMnO2层狀结构，在充放电过程中会逐渐相变化成尖晶石相，因为Mn3+的Jahn-Teller Distortion效应的影响，造成结构扭曲(如图2-8b)，使比电容量先增后渐衰减，增加电池设计上之困扰。但可利用掺杂不同金属來稳定结构，避免结构变化之题，使其作为锂电池正极材料仍有其优势。