锂离子电池正极材料课件.ppt

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1、锂离子电池正极材料锂离子电池工作原理一、锂离子电池回顾锂离子电池电极反应电池反应:6C+LiCoO2正极反应:LiCoO2Li1-xCoO2+xLi++xe-负极反应:6C+xLi++xe-充电放电LixC6Li1-xCoO2+LixC6充电放电充电放电锂离子电池的组成电池正极负极电解质LiCoO2、 LiNiO2、 LiMn2O4、LiFePO4石墨系列、焦炭系列Si系Sn系列有机溶剂电解质（液态）聚合物电解质（固态、凝胶）1.工作电压高2.能量密度高3.自放电速率低4.循环寿命长5.无记忆效应6.环保优点1

2、.快充放电性能差、大电流放电特性不理想2.价格偏高3.过充放电保护问题安全问题缺点锂离子电池电极材料研究领域关注焦点材料种类制备及处理方法材料的结构特征；材料的电化学特性；充放电循环时正极材料结构的稳定性。Question具有什么样特征的材料可以作为电极材料？结构特征？电学特征？可用特性？二、锂离子电池对正、负极材料的要求(1)具有稳定的层状或隧道的晶体结构。(3)有平稳的电压平台。(2)具有较高的比容量。(4)正、负极材料具有高的电位差。(5)具有较高的离子和电子扩散系数。(6)环境友好。锂电关键技术---正

3、极材料商品化锂离子电池中正极材料（LiCoO2）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。主要正极材料Co-basedLiCoO2Mn-basedLiMn2O4Ni-basedLiNiO2PO4-basedLiMPO4成本、安全、环保容量、稳定性、制备条件大多数可作为锂离子电池的活性正极材料是含锂的过渡金属化合物，而且以氧化物为主。目前已用于锂离子电池规模生产的正极材料为LiCoO2。三、锂离子电池正极材料材料名称理论比容量实际比容量电位平台循环性能特点LiCoO2275mAh/

4、g130~1403.6V300次性能稳定，高比容量，放电平台平稳LiNiO2274mAh/g170~1803.5V800次高比容量，价格较低热稳定性较差，LiMn2O4148mAh/g100~1203.8V500次低成本，高温循环和存放性能较差LiFePO4170mAh/g60~903.4V2000次低成本，安全性能优良▲LiFePO4LiNi2/3Mn1/3O2▲几种典型的锂离子电池正极材料由小型电池向动力、储能大型电池发展；传统钴酸锂电池不安全、成本高、寿命短、有毒磷酸铁锂型高性能锂离子电池：功率高、容量大

5、、寿命长、成本低、环境友好、安全性好新型锂离子动力电池发展趋势及目前问题1．层状结构材料（LiCoO2、LiNiO2等）123Co3+(3b)O2(6c)Li+(3a)4（1）LiCoO2工作区间：锂脱出量＜0.5，工作平台位于3.6V，比容量137mAh/g，循环性能好。当锂脱出量＞0.5时，结构不稳定，需要充电保护。理论比容量275mAh/g。LiCoO2充放电过程中的结构相变存在的主要问题（1）实际比容量与理论值275mAh/g有较大差距。（2）资源匮乏，成本高。（3）有一定毒害。主要解决办法：利用Ni

6、、Al等元素掺杂替代，稳定结构，提高电位和比容量，降低成本。层状LiCoO2在充放电循环过程中受到不同程度的破坏，导致严重的应变和缺陷密度增加，发生容量衰减。从层状结构转变为立方尖晶石结构。LiCoO2的改性原因：方法：掺杂：B、Al、Mg、Ni、Cr、Mn、Cu、Sn、Zn等。包覆：MgO、LiMn2O4、SnO、Al2O3、TiO2、ZrO2等。（2）LiNiO2具有与LiCoO2相同的结构，理论比容量为274mAh/g，实际可达到180mAh/g以上，远高于LiCoO2，不存在过充电现象，并具有价廉、无毒

7、，等优点。（1）制备困难。存在的主要问题：（2）结构不稳定，易生成Li1-yNi1+yO2。使得部分Ni位于Li层中，降低了Li离子的扩散效率和循环性能。充放电曲线表现出明显的充放电平台，LixNiO2在充放电过程中经历了几个相变过程，每个平台对应一个相变过程。六方（R1）单斜（M）六方（R2）晶体破坏充放电稳定性劣化严重LiNi1yCoyO2与LiNiO2和LiCoO2一样，具有-NaFeO2型层状结构（R-3m空间群），理论容量为275mAh/g，作为锂离子电池正极材料兼有LiNiO2和LiCoO

8、2的优点，比容量高，循环性能好，价格便宜，污染小，制备简单等。（3）LiNi1yCoyO2LiNi1yCoyO2的电化学性能与其组成密切相关，Co的加入能够提高电化学循环稳定性。稳定性的提高；但是Co的掺入量也不是越多越好，Co的加入往往降低首次比容量，而且增加了成本。因此，综合电极材料的容量、循环寿命和价格等诸多因素，一般认为，LiNi1yCoyO2(0.1y0.3)最具商