锂离子电池关键材料现状与发展

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1、锂离子电池关键材料的现状与发展本文由64737704贡献pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。产业透视!""#!"!#$"$!%#锂离子电池关键材料现状与发展的张世超!!"#$#%&’"!锂离子电池正极材料嵌锂化合物正极材料是锂离子锂离子电池中占有较大比例（正负极材料的质量比例为"#!$%#!），因此正极材料的性能将很大程度地影响电池的性能，其成本也直接决定电池成本高低。目前正极材料的研究主要集中于氧化锂钴、氧化锂镍等电极材料，与此同时，一些新型正极材料（包括导电高聚物正极材料）的兴起也为锂离子电池正极材料的发展注入

2、了新活力，寻找开发具有高电压、高比容量和良好循环性能的锂离子电池正极材料新体系是本领域重要研究内容。!-./01+,型层状结构的’()*+,、尖晶石结构的’2-’()*+,和岩盐相电池的重要组成部分。正极材料在’()*+,。层状’()*+,氧原子采用畸变立方密堆积序列，钴和锂分别占据立方密堆积中的八面体（"/）和（"3）位置；尖晶石结构的’()*+,中氧原子为理想立方密堆积排列，锂层中含有,45钴原子，钴层中含有,46锂原子；岩盐相晶格中’(7和)*"7随机排列，无法清晰地分辨出锂层和钴层。目前在锂离子电池中应用较多的是层状结构的’()*+,，其具有工作电压高、

3、充放电电压平稳，适合大电流充放电，比能量高、循环性能好等优点，锂离子在键合强的!&!’()*+,正极材料’()*+,具有三种物相，即!"新材料产业（()*+!""#,-’./01-+$!%）!"#$%&’!"#$层间进行二维运动，锂离子电导率高，扩散系数为%&)*?,+’($’%方法。如采用=4、/>、?4、@A等元素对5"进行掺杂取代，以稳定层状材料结构、提高电化学性能并降低生产成本；在B45"#$表面包覆/>$#C、D$#7、/>D#.、E26等物质，改善电极材料与电解液间的恶性相互作用，减缓钴的溶解等。B4=46$存在合成困难、结构相变和热稳定性差等缺点，

4、其根源都与B4=46$的内在结构有关。对%&’-)*$?’%，理论容量为$-.*/012，+实际比容量为%.&*/012左右。由于其具有生产工艺简单和电化学性能稳定等优势，所以是最先实现商品化的正极材料。但345"6$价格昂贵，实际比容量仅为其理论容量$-.*/012的B4=46$进行元素掺杂以改善其结构，是提高B4=46$比容量、改善循环性能以及稳定性的有效手段。在B4=4%’LEL#$搀杂化合物的研究中，5"搀杂的B4M4%’L5"L6$表现出良好的综合性能。由于钴和镍是位于同一周期的相邻元素，具有相似的核外电子排布，且B45"6$和%F$B4=46$正极材

5、料理想B4=46$晶体具有与B45"6$类似的!’=GHA6$型层状结构。7&8左右，钴的利用率较低；3495"6$的循环寿命已达到%&&&次，但仍有待于进一步提高。此外349B4=46$的理论容量为$-7*/012，实际容量已达%(&*/012,$%&*/012。与B45"6$相比，B4=46$具有价格和储量上的优势。但B4=46$在实际的生产和应用中还存在较多问题，为此，人们对B4=46$的合成方法及掺杂改性方面进行了大量的研究。B4M46$同属于!’MGHA6$型层状结构，因此可以将钴、镍以任意比例混合并保持产物的!’MGHA6$型层状结构。B4M4%’L

6、5"L6$兼备了5"系和M4系材料的优点：制备条件比较温和、材料的成本较低，同时电化学性能及循环稳定性优良，已经引起了研究者的广泛兴趣。目前5"6$的抗过充电性能较差，在较高充电电压下比容量迅速降低。为克服345"6$存在的问题，人们研究采取了多种措施以提高345"6$的性能。层状345"6$一般采用高温固相反应制备，为了获得纯相且颗粒均匀的产物，需要将焙烧和球磨技术相结合进行长时间或多阶段加热。高温固相合成方法工艺简单、利于工业化生产，但也存在如下缺点：:%;反应物难以混合均匀，需要较高的反应温度和较长的反应时间，能耗大；:$;产物颗粒较大且粒径范围宽，颗粒形

7、貌不规则，调节产品的形貌特征比较困难，导致材料的电化学性能不易控制。为了克服固相反应的缺点，采用溶胶’凝胶方法、喷雾分解法、沉降法等方法制备34!"6$，这些方法的优点是34和!"离子间可以充分接触，<$产业透视!""#!"!#$"$!%#多研究工作通过向尖晶石相中添加其他元素离子的方法来改善容量损失现象，元素周期表中的大半元素已被人们尝试过!"#$%&’存在()*$+,-..-/效应，在充放电过程中易发生结构畸变，造成容量迅速衰减，特别是在较高温度的使用条件下，容量衰减更加

8、突出。为了改善!"0$1