电池正极材料知识培训.ppt

《电池正极材料知识培训.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、锂离子电池正极材料知识1.锂离子电池的结构2.正极材料的选择3.各种正极材料3.1LiCoO23.2LiNiO23.3三元3.4LiFePO41.锂离子电池的结构发展高能锂离子电池的关键技术之一就是正极材料的开发。近几年来，负极材料和电解质的研究都取得了较大的进展，相对而言，正极材料的发展较为缓慢，商品化锂离子电池中正极材料的比容量远远小于负极材料，成为制约锂离子电池整体性能进一步提高的重要因素。因此，正极材料的研究受到越来越多的重视。2.锂离子电池正极材料的选择作为理想的锂离子电池正极材料，锂离子嵌入化合物必须满足以下要求：（1）具有较高的氧化还原电位，保证锂离子电池的高电压特性；L

2、iCoO2（Li+/Li）Graphite（Li+/Li）（2）允许大量的锂离子嵌入脱出，保证锂离子电池的高容量特性；理论容量的计算：C0=26.8nm/MCo----理论容量；n----成流反应的得失电子数；m----活性物质完全反应的质量；M----活性物质的摩尔质量以LiCoO2为例：Co=96500/M=96500*1000/3600*98=273mAh/gLiNiO2为274mAh/g；LiMn2O4为148mAh/g，LiFePO4为170mAh/g。（3）嵌入脱出过程的可逆性好，充放电过程中材料结构变化较小；（4）锂离子能够快速的嵌入和脱出，具有高的电子导电率和离子导电率

3、；（5）在电解液中化学稳定性好；（6）低廉，容易制备，对环境友好等。目前研究较多的锂离子电池正极材料有LiCoO2、镍钴二元，镍钴锰、锰类化合物、LiFePO4等。LiCoO2最早是由Goodenough等人在1980年提出可以用于锂离子电池的正极材料，之后得到了广泛的研究。LiCoO2具有合成方法简单，工作电压高，充放电电压平稳，循环性能好等优点，是最早用于商品化的锂离子电池的正极材料，也是目前应用最广泛的正极材料。3.1LiCoO23.锂离子电池正极材料LiCoO2具有-NaFeO2结构，属六方晶系，R-3m空间群，其中6c位上的O为立方密堆积，3a位的Li和3b位的Co分别交替

4、占据其八面体孔隙，在[111]晶面方向上呈层状排列，理论容量为274mAh/g。123Co3+(3b)O2(6c)Li+(3a)43.1.1LiCoO2的结构从电子结构来看，由于Li+（1s2）能级与O2（2p6）能级相差较大，而Co3+（3d6）更接近于O2（2p6）能级，所以Li-O间电子云重叠程度小于Co-O间电子云重叠程度，Li-O键远弱于Co-O键，在一定的条件下，Li+离子能够在CoO层间嵌入脱出，使LiCoO2成为理想的锂离子电池嵌基材料。由于锂离子在键合强的CoO层间进行二维运动，锂离子导电率高；另外，共棱的CoO6的八面体分布使Co与Co之间以Co-O-Co的形

5、式发生作用，电子导电率也较高。（003）衍射峰反映的是六方结构，而（104）衍射峰反映的是六方结构和立方结构的总和。根据文献报道，I(003)/I(104)和c/a比值越大，(006)/(102)和(108)/(110)分裂越明显，说明材料的六方晶胞有序化程度越高，越接近于理想的六方结构，晶体结构越完整。一般的，c/a比值应大于4.90，I(003)/I(104)比值应大于1.20。LiCoO2的理论容量为274mAh/g，但在实际应用时，锂离子从LixCoO2中可逆嵌脱最多为0.5个单元，实际容量只有140mAh/g左右。LixCoO2在x=0.5附近会发生六方到单斜的结构相变，同时

6、晶胞参数发生微小变化。当x0.5时，LixCoO2中的钴离子将从其所在的平面迁移到锂所在的平面，导致结构不稳定而使钴离子通过锂离子所在的平面迁移到电解液中，并且此时钴（CoO2）的氧化性很强，容易和电解液发生反应失氧，造成很大的不可逆容量损失。因此在实用锂离子电池中，0x0.5，充放电电压上限为4.2V，在此范围内，LiCoO2具有平稳的电压平台（约3.9V），充放电过程中不可逆容量损失小，循环性能非常好。3.1.2LiCoO2的电化学行为LiCoO2充放电过程中的结构相变零应力表面处理充电过程中，随着脱锂，电导率会剧增6个数量级，达到1S/cm;充电过程中，c轴变长，a轴变短，

7、晶胞体积变大充放电过程中的导电率和晶胞体积变化总之，作为锂离子电池正极材料，LiCoO2具有下列特点：1.合成方法比较简单；2.工作电压高，充放电电压平稳，循环性能好；3.实际容量较低，只有理论容量的一半；4.钴资源有限，价格昂贵；5.钴毒性较大，环境污染大与LiCoO2相似，理想的LiNiO2为-NaFeO2型六方层状结构，属R-3m空间群，Li和Ni分别占据3a位和3b位，LiNiO2正极材料的理论容量为275mAh/g，实际容量达到18