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1、高性能锂离子动力电池研究现状与前景10级材料化学3班学号:201030750302姓名:陈巧漾摘要:高性能锂离子动力电池正负极材料研究现状与前景。关键词：高性能锂离子动力电池，正极材料，负极材料近年来，随着一些无人电子装备(如无人水下航行器、无人机)、电动工具、电动汽车等发展的需要，其动力核心—蓄电池正受到越来越多的关注。而锉离子电池以其高比能量、长循环寿命、自放电小、无记忆效应和绿色环保等优点备受青睐。作为动力电池的理想电池应具有以下特点:(t)能量密度高;(2)比功率高，能瞬间大电流放电(最好能持
2、续);(3)工作温度范围宽(-20℃一+500C)，特殊应用条件下需要能够在(-40℃一+600C)的工作;(4)能够快速充放电;(5)具有高的可靠性和安全性;(6)具有较长的使用寿命;(7)价格便宜。现有的电池体系还不能完全满足以上几点要求，而锂离子电池是比较靠近这几点要求的。高性能锂离子动力电池正极材料：Li3V2(PO4)3磷酸钒盐由于成本低廉、结构稳定、安全性好且电化学性能不差,有望成为EV和HEV用锂离子电池的正极材料。Li3V2(PO4)3具有稳定的结构。其单斜结构由PO4四面体和VO6八
3、面体通过公用顶点氧原子形成三维网状结构,Li+在结构的空穴处。由于VO6八面体被PO4四面体分隔,Li3V2(PO4)3的电子电导率仅10-7S/cm。Li3V2(PO4)3的制备方法仍是高温固相法,根据所用还原剂为碳,又称为碳热还原法。碳热还原法中过量的碳还可作导电添加剂[21]。其他制备方法还有氢作还原剂的方法[22]及直接烧结法等。Li3V2(PO4)3的电子电导率较小,多采用碳包覆或掺碳的方法进行改性。碳包覆仍是固态合成,选择适当的前驱体(甲醛)[23]。用溶胶-凝胶法合成Li3V2(PO4)
4、3/nanoC的复合物[24](前驱体为蔗糖),在低倍率(0·12C)下的初始放电比容量可达184·1mAh/g,在3C时仍有140·0mAh/g;在1C时的初始放电比容量为152·6mAh/g,循环50次仍有初始容量的95·4%。固相合成的Li3V2(PO4)3在1C时,虽然初始放电比容量较高,在3·0~4·8V达146·3mAh/g,但循环性能差;碳包覆的Li3V2(PO4)3/C复合物[23]在1C循环50次后,仍有初始放电比容量的94·6%(137·5mAh/g),2C和5C循环50次后,放电
5、比容量仍分别有130·7mAh/g和111·0mAh/g。由此可见,碳包覆的Li3V2(PO4)3/C复合物不仅有不错的初始比容量,而且有良好的倍率能力和循环性能。Li3V2(PO4)3的阳离子取代也进行了研究,如Ti、Cr及Al等[25]在一定程度上能提高性能。由于V是多价态元素,V3+既可氧化为V4+甚至V5+,也可还原为V2+,较易引起结构的变化。示差扫描量热(DSC)试验结果表明:Li3V2(PO4)3/C在电解液中,>220℃时的放热量仅为239J/g,远低于层状锂离子电池正极材料(LiCo
6、O2或LiNiO2),因而在热稳定性、安全性方面具有优异的性能。Li3V2(PO4)3无疑是锂离子电池正极活性材料的最佳候选者之一,改性方向是掺碳或碳包覆,而有适宜的合成方法和工艺条件,并加强对阳离子取代的研究,提高电子和离子电导率,电化学性能会有进一步的提高。 LiVPO4F其四面体(PO4)与六面体(VO4F2)公用角顶,锂原子处于空穴的位置。在这些空穴的内在结晶学上,处于两个性质不同的位置上。LiVPO4F通常以VPO4和LiF为前驱体,用碳热还原法合成[27]。在掺有5%导电碳黑的混合正极与石
7、墨负极的电化学性能测试中,在0·1C时LiVPO4F活性材料的初始放电比容量达到理论值(156mAh/g)的90%(140mAh/g),平均放电电压约4·05V,充放电的微分电容dQ/dV分布曲线显示出优越的能量可逆性和低的极化。它还有良好的循环性能,循环400次以上仍有初始放电容量的85%以上。它也有良好的倍率能力,自C/8到C/2,容量保持率达100%;倍率增至1C,容量保持率在98%以上;增至2C仍有88·4%。DSC研究表明,全充满的正极在175℃时开始放热,总热流量为205J/g,与其他磷酸
8、盐,如LiFePO4和Li3V2(PO4)3相近,远低于LiMn2O4(345J/g)、LiCoO2(570J/g)和LiNiO2(910J/g),即具有优异的热稳定性和安全性[28]。对LiVPO4F的阳离子取代的工作,至今报导不多,J·Barker等[29]做过Al取代V3+,想由正常的V3+/V4+的氢化还原偶,通过相对原子质量Al较V低的途径,进入V4+/V5+氧化还原偶,以达到较高的工作电压(5V)和提高比容量的目的,但未获成功。这可能是因为电
