NCA三元材料Al元素梯度摻雜技術獲沖破?

在高鎳材料中，NCA由于相對較高的容量（可達190mAh/g以上），良好的循環壽命使得其成為一種十分具有潛力的鋰電池正極材料，目前已經使用在移動電子設備，電動車等范疇使用。但是目前高性能NCA材料的主要加工技術掌握在日韓廠家手中，國內的加工技術還不是很成熟，產品的穩定性還有待于持續提高。

Al元素雖然在材料中含量很低，并且不具有電化學活性，但是Al元素對于材料的循環穩定性具有緊要的意義，因此針對Al元素的摻雜技術的研究就顯得尤為緊要。

由于合成α-LiAlO2與合成LiNiO2的條件是類似的，而且兩者還可以形成穩定的固溶體結構，這就為Al元素的梯度摻雜提供了可能性。一般來說，NCA材料需要利用共沉淀法首先合成前軀體Ni1-x-yCoxAly(OH)2。但是Al元素在強堿性環境下水解很差，這會抑制顆粒的生長，因此溶液中的Al元素濃度越高，前軀體材料的結晶度也就越差。因此開發一種能夠控制前軀體生長和Al元素梯度分布的辦法就顯得尤為緊要。

中南大學的JianguoDuan等開發了一種新的共沉淀辦法，該辦法戒備了Al3+在共沉淀過程中的雜亂成核，獲得了梯度摻Al的前軀體材料。合成辦法如下所示：Ni和Co的硫酸鹽首先按照摩爾比例溶解于去離子水中，形成雙金屬離子溶液，溶液的濃度為2mol/L。而[Al（OH）x]3-x溶液制備就顯得略微復雜一些，首先需要將Al的硝酸鹽溶解于蒸餾水之中，然后緩慢加入32%的NaOH直到形成穩定的溶液，然后加入去離子水，是溶液的摩爾濃度為1mol/L，該溶液為高[Al（OH）x]3-x濃度溶液AS1，另一低[Al（OH）x]3-x濃度溶液為AS2，AS2溶液的初始濃度設定為0mol/L，AS1溶液會通過泵繼續的泵入到AS2溶液之中，以逐漸提高AS2溶液的濃度，合成過程就較為簡單，將AS2溶液和Ni-Co雙離子溶液在N2的保護下同時泵入到裝有NH3·H2O溶液的攪拌容器中，同時加入10mol/L的NaOH溶液和8mol/L的NH3·H2O溶液以便控制溶液的PH值，在整個合成過程中，PH值控制在11左右，NH3·H2O溶液濃度控制在0.5mol/L，反應溫度控制在60℃，攪拌速度控制在500r/min。在合成過程中，隨著時間的進行Al元素的濃度逐漸提高。反應48h后，將沉淀過濾后用去離子水清洗，并在120℃下進行真空干燥24h，得到的前軀體與LiOH進行混合，在繼續的氧氣流下，550℃焙燒4小時，750℃焙燒12h獲得Al梯度摻雜NCA材料。

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