一种好的产业化工艺,除了简便可行之外,还需要综合关注材料的各方面性能,氢氧化物共沉淀法,制备的三元材料,很难单独使用,原因是小颗粒的二次团聚体,在辊压中很容易发生破碎,即使把团聚体做的致密圆滑也很难保证材料在高压实下的形貌保持,韩国的专家曾经在一次会议上模拟不同压力下三元材料的颗粒破碎情况,发现,即使压力不是很高,仍然会有15%以上的小球发生破碎,当然,随着合成工艺的不断完善,目前的三元已经可以有3.3-3.5的压实密度,在这一区间内可以有较好的电化学性能发挥,在这里需要说明的是,其实现在的三元材料并不是不能压实,而是高压实下,二次颗粒破碎,必然导致活性材料与粘结剂导电剂的接触不紧密,进而引起极化,使电极性能变差,目前主要的解决方案是和钴酸锂混合使用,一次颗粒的钴酸锂为三元材料提供支撑,保证好的电极加工性能,此外,一些厂家把钴酸锂和三元混合烧结,推出一种克容量高于钴酸锂,压实密度达到3.95的材料,既提高了电极加工性能,又相对提高了材料的稳定性,但是这种材料的成本比较高,而且能量密度始终不能超越现在钴酸锂的水平。这也给三元材料的工艺提出新的挑战。

钴酸锂正极材料的缺点主要是:成本高,且不利于环保。钴资源短缺价格昂贵,并且钴有放射性,不利于环保;比容量利用率低。电池正极实际利用比容量仅为其理论容量274mAh/g的50%左右;电池寿命短。钴酸锂的循环寿命一般只有500次左右,因为其抗过充电性能较差,轻微过充即可引起电池循环寿命迅速降低,不适合用于电池组;安全性差。钴酸锂电池剧烈过充可能发生锂枝晶短路,引起安全事故。

其实,钴酸锂的真密度约为5.1,三元材料(111为例)约为4.8,但是目前工艺下的极限压实却差别很大(钴酸锂4.2,三元3.6),此外,由于4.35V的电解液在国内迟迟不能产业化,导致了三元材料尽管具备成本优势,却始终只能再中低端电子产品和某些动力领域使用。
所以,在现阶段,从材料角度来看,如何提高三元的压实密度是一个现实的问题,保证三元材料层状结构稳定,以使其有理论克容量发挥的前提下,如果能够把压实密度提升10%,三元材料的能量密度就可以达到高端钴酸锂的水准,基于其成本优势,更高的安全性以及良好的高电压潜力,三元材料取代钴酸锂将不再仅仅是一个实验室的预见。

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