张佳 桂方海 黎永志

【摘 要】随着电子产品的快速发展，锂离子电池获得了广泛的应用。为了满足当前电子行业对锂离子电池的需求，则需要加大该电池的研究和生产力度。正极材料作为锂离子电池的重要部分，是电池电化学性能和成本的决定因素，因此，需要对正极材料进行研究，从而保障锂离子电池的化学性能，发挥电池的重要作用。基于此，本文主要分析了锂离子电池对正极材料的性能要求，以镍钴铝酸锂（NCA）的制备为例，对锂离子电池正极材料的制备和电化学性能进行研究。

【关键词】锂离子电池;正极材料制备;电化学性能

【中图分类号】TM912  【文献标识码】A

LiMO2M=Co，Ni，Mn）、LiMn2O4和LiFePO4等是传统的锂离子电池正极材料，因这些材料存在一定的缺点，难以满足现代电池材料的需求，因此需要开发新型锂离子正极材料。现阶段，改性后的三元材料是发展快、应用前景较好的一种正极材料，其中NCA三元材料是具有良好循环性能、高量的放电比容量，具有广阔的应用前景。因此，对该正极材料制备和电化學性能进行研究是十分有必要的。

1.锂离子电池对正极材料的性能要求

1.1产业对锂离子电池的性能要求

就锂离子电池来说，产业初期其主要应用于手机、笔记本电脑等电子产品。随着新能源产业和电动车产业的发展，锂离子电池的需求量日益增加，在各个电子产业中发挥着重要的作用。为了获得产业的认可和推动产业的发展，则需要该电池满足诸多技术性能指标，比如比能量、比功率、耐用性能等。这些指标之间存在一定的联系，在不同的应用领域中，对锂离子电池的指标考虑顺序也是不同的。据相关研究表明，锂电池技术指标中最重要的是循环性能和比能量，其次是安全性、比功率、可靠性等[1]。

1.2正极材料需满足主流锂离子电池产业需求

现阶段，满足锂离子电池主流市场性能要求的正极材料包括层状钴酸锂材料、尖晶石锰酸锂材料、橄榄石磷酸铁锂材料、层状三元材料、层状高镍材料等。不同的正极材料具有不同的物理化学特点，相应的锂离子电池也适应于不同的领域。以钴酸锂材料为例，其是现阶段压实密度最高的一种正极材料，是移动智能终端、平板电脑等电子产品的锂离子电池的主要正极材料。

2.锂离子电池正极材料的制备

就NCA材料的制备来说，主要方法有化学共沉淀法、高温固相法、溶胶凝胶法等。其中，化学共沉淀法是现阶段应用较多的一种方法，其通常是先制备含有碳酸镍钴铝和碳酸锂的混合物，之后煅烧该混合物，最终获得NCA。但受Al3+、Ni2+、Co2+的溶度积不同的影响，使得原子级别的均匀混合难以实现。为了有效解决三种元素的不均匀沉淀问题，进行了下列的实验，从而更好地进行电池正极材料的制备。

2.1实验

通过共沉淀法，制备Ni0.8Co0.15Al0.05（OH）2前驱体。具体来说，首先准备100mL去离子水，并将NiSO4·6H2O、CoSO4·7H2O加入到去离子水中，其质量分别为42.056g、8.433g，在溶解的作用下，获得溶液A;其次准备100mL去离子水，将3.3322gAl2（SO4）3·18H2O溶解于其中，在搅拌过程中应缓慢加入NaOH（4g），之后再加入13mL的氨水，获得溶液B;配置300mL2mol/L的NaOH溶液，获得溶液C，该溶液是用于调节反应中的PH值[2]。将一定量的去离子水加入到玻璃反应釜（1.2L）中，之后加入适量的氨水，倒入溶液C进行PH值的调节，最终使得PH值为10.7。以相同的速率将溶液A、B加入到反应釜中，需要注意的是，溶液需在10h内流完，然后加入溶液C，使得PH值保持在10.6～10.7。如此反复进行1800min，最终取出产品，并通过去离子水对其进行清洗，待清洗干净后，将其放在普通烘箱（100℃）进行烘干。待其烘干后，取出并研磨，装在样品管中。

通过煅烧法，制备LiNi0.8Co0.15Al0.05O2。首先取出一定量的前驱体，将其放入马弗炉中，并在500℃的条件进行6h处理;其次按照摩尔比1：1.05，将其与LiOH·H2O进行充分研磨;然后将氧气通入管式炉中，在550℃的条件下，预烧6h，在700℃下煅烧12h，最终完成LiNi0.8Co0.15Al0.05O2（NCA）的制备[3]。

2.2结果

在完成NCA的制备后，需对其进行检测。本次检测采用的仪器有是Miniflex-600X型X射线多晶粉末衍射（XRD）仪表、JSM-7500F型扫描电子显微镜（SEM），分别对样品的结构和物相组成、样品的表面形貌和颗粒大小分布进行观察。通过仪器观察与相关分析得知，NCA材料前驱体具有较好的完整度和均匀性，Ni、Co、Al三种金属元素均匀分布在微米球中，实现了元素的均匀混合。

3.NCA材料的电化学测试

在0.1C的电流倍率下，将NCA材料首次放电容量为167.1mAh·g-1，经过200次充放电后，容量保持率约为96.2%，这与阳离子混排、稳定的层状结构相对应。其中，0.1C条件下NCA材料首次和200次充放电以及循环寿命曲线，如下图1所示。

在0.1C条件下，NCA的放电容量平均为184.0mAh·g-1，当电流倍率达到10C时，其放电容量达到了112.7mAh·g-1。倘若此时，将电倍率将至0.1C时，其放电容量可达到179.7mAh·g-1。由此可知，该材料具有稳定的结构，其倍率性能良好。

4.结束语

总而言之，锂离子电池是现阶段应用较广的一种电池，为了保障电池的耐久性、持续性，则需要对其进行不断研究和开发，特别是正极材料的研发。通过有效提高正极材料的性能，从而提高锂离子电池的性能。NAC材料是一种改良后的三元材料，其具有结构稳定、循环性能高等特点，是一种重要的正极材料，其符合锂离子电池对正极材料的性能要求，从而推动锂离子电池的发展，在电子产业的发展中起到积极作用。

【参考文献】

[1]徐可，游才印，王钦，等.锂离子电池正极材料LiFePO4/C的制备及电化学性能研究[J].西安理工大学学报，2016，32（1）：96-99.

[2]叶群丽.锂离子电池正极材料的制备与电化学性能[J].广州化工，2016，11（10）：33-34.

[3]蒋世芳，孟焕菊，张宇栋，刘双，陶占良，陈军.锂离子电池正极材料LiNi_（0.8）Co_（0.15）Al_（0.05）O_2的制备及电化学性能[J].稀有金属材料与工程，2019，48（02）：678-682.