材料结构与性能（课程报告）

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1、《材料结构与性能》锂离子电池高鎳三元正极材料报告摘要：三元层状材料LiNixCoyMm-x_yO2或LiNixCoyAlgyCh凭借比容量高（其是高鎳三元材料，即x20.6）、成木较低和安全性优良等优势，成为研究的热点，被认为是极具应用前景的锂离子动力电池正极材料。本报告主要从三元材料制备技术、结构研究、性能研究、掺杂及包覆改性等方面的研究进展介绍高镰三元材料的性能、存在的问题，展望未来三元材料的应用和发展趋势。关键词：锂离子电池；三元材料；制备技术；结构；改性InvestigationReportofnickel-richTernaryCathodeMaterialsofofLi-io

2、nBatteryAbstract:Duetotheiradvantagesofhighspecificcapacity,lowcostandhighsafety,ternarylayeredmetaloxidematerialsLiNixCoyMni-xy02andLiNixCoyAli.x-yO2(especiallynickel-richternarymaterialwhichmeansx^0.6)arebelievedtobeacandidateofthepotentialcathodematerialsforlithiumionpowerbattery,andhavebecome

3、aresearchhotspot.Thisreportreviewsthepropertiesanddefectsofnickel-richternarylayeredmaterial,mainlyfocusingonthesynthesismethods,structure,properties,anddopingandcoatingmodificationofthematerials.Further,theapplicationsaswellasthefuturedevelopmenttrendsofthismaterialhavealsobeenpredictedinthisrep

4、ort・Keywords:lithium-ionbattery;ternarymaterials;synthesismethods;structure;modification1、引言化石燃料的犬规模使用所引起的日益临近的能源枯竭和日益严峻的环境污染问题，迫切要求人们不断寻求和高效利用清洁环保可再生能源（如太阳能、风能、氢能和潮汐能等）。随着风力与光伏电站、智能电网的飞速发展，迫切需要高效、清洁的大规模蓄电技术，新型二次电池己受到电力系统的高度关注,要求资源广泛、高性价比、环境友好、长寿命、易维护。锂离子电池系统相对于传统的铅酸、银镉等二次电池具有循环寿命长、比容量高、自放电小、无记忆效

5、应以及环境友好等优势。目前，LiCoO2一直是商品化锂离子电池的主导正极材料，但Co毒性大、成本高以及实际可逆容量低等缺点，限制了其更广泛的应用。因此，寻找LiCoO2材料的替代品已成为国内外研究的热点，其中，三元材料由于其具有良好的三元协同效应，表现出比容量高、循环性能好、成本低、毒性小等特点，被认为是能够替代LiCoO2的止极材料之一。2、正文2.1（高镰）三元正极材料结构特点如图1所示（该图截自参考文献［4］）,锂离子电池的三元正极材料具有a-NaFeO2型层状岩盐结构，属六方晶系。晶格中Li主要占据3a位置，0则占据6c位置，形成MO6A面体结构，Ni、Co、Mn无序占据3b位置

6、，整个晶体可以看作由［MOg］八面体层和［LiOe］八面体层交替堆垛而成，非常适合锂离子的嵌入与脱出。2.2过渡元素特征理想的NCM中，Co通常为+3价，Mn呈现+4价，不参与电化学反应，可提供安全性和稳定性，同时降低成本。Co、Mn被认为都没有电化学活性，其中Ni为主要活性元素，以混合价态的形式存在，大部分为+3价，少部分为+2价。其中充放电过程为（以石墨作为负极）：正极反应：LiMO2哎晋LiI_xMO2+xLf+xe负极反应：nC+xLi~+xe'・;倉：十LixCn电池总反应：LiMO2+nC品》Li!_xMO2+LixCra综上所述，Ni含量上升能够提高材料容量但会降低循环性能

7、和稳定性，Co含量上升可以抑制相变并提高倍率性能，Mn含量上升有利于提高结构稳定性,但会降低容量。三种过渡金属的含量决定了材料的各项性能，首次放电容量、容量保持率、比容量和热稳定性等性能无法同时达到最优，需要取舍，企业在生产过程中可以适当的降低Ni含量，提高Co、Mn的占比，以增强循环性能，延长产品寿命。2.3高鎳三元材料性能如图1所示，三元材料层状结构为锂离子的镶嵌与脱出提供了很好的通道，便于LT在电池内部充放电循环过程中的运输，