引起相同組分三元材料倍率差別的原因是什么？

引起相同組分三元材料倍率性能差異的原因主要有材料的粒徑、形貌、鋰化配比、煅燒氣氛等。

1

粒徑

粒徑小的材料比表面積較大，材料與電解液的接觸面積較大，同時(shí)鋰離子的擴(kuò)散路徑變短，有利于大電流密度下鋰離子在材料的嵌脫，因此小粒徑材料的倍率性能較好。

要得到小粒徑的三元材料，需要用小粒徑的前驅(qū)體煅燒；或?qū)⒋罅降娜牧掀扑槌尚☆w粒后進(jìn)行煅燒。

2

形貌

不同形貌的三元材料倍率性能不同，疏松多孔的形貌有利于電解液的浸潤(rùn)，縮短鋰離子的擴(kuò)散路徑，所以倍率性能好于密實(shí)的形貌。疏松多孔的三元材料SEM如圖（a）所示。密實(shí)的三元材料SEM如圖（b）所示。

用于不同倍率產(chǎn)品的SEM圖

三菱化學(xué)用MCC方法制備出一種內(nèi)部為多孔結(jié)構(gòu)的三元材料，如圖（a）所示。圖中左邊為常規(guī)共沉淀法制備的材料，可見(jiàn)材料內(nèi)部密實(shí)無(wú)孔洞。圖中右邊為MCC法制備的材料，其內(nèi)部有大量孔隙。兩種材料的倍率性能見(jiàn)圖（b），可看出內(nèi)部有孔隙的材料倍率性能明顯優(yōu)于內(nèi)部密實(shí)的材料。

三菱化學(xué)不同倍率性能產(chǎn)品對(duì)比

3

鋰化配比

鋰化配比會(huì)影響材料的倍率性能。美國(guó)Argonne實(shí)驗(yàn)室對(duì)比了鋰化配比相差0.05的兩個(gè)樣品的倍率性能，結(jié)果如圖所示，圖中“x=0”表示樣品分子式分為：Li1.0（Mn4/9Co1/9Ni4/9）O2；“x=0.05”表示樣品分子式為：Li1.05（Mn4/9Co1/9Ni4/9）0.95O2。

從圖中可以看出，在低倍率下（C/12）兩種樣品的容量無(wú)差別，但隨著充放電倍率的增大，高鋰化配比的樣品倍率性能明顯好于低鋰化配比的樣品。研究人員認(rèn)為高鋰化配比材料倍率性能優(yōu)異的原因是其具有較高的電子電導(dǎo)率。

不同鋰化配比的三元材料倍率性能對(duì)比

4

煅燒氣氛

煅燒氣氛分別為氧氣和空氣。從圖中可以看出，在0.1C和0.2C情況下，空氣氣氛和氧氣氣氛材料并無(wú)明顯差別，但隨著倍率的上升，氧氣氣氛下煅燒的材料倍率性能優(yōu)于空氣煅燒的材料。且五種不同組分的材料都有相同的變化趨勢(shì)。但氣氛對(duì)不同組分的材料影響效果略有差異。研究人員認(rèn)為氧氣氣氛減少了材料的陽(yáng)離子混排，從而使材料擁有較好的倍率性能。

不通氣氛下煅燒出的三元材料倍率性能對(duì)比