锂离子电池三元正极材料(全面)上课讲义.ppt

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1、锂离子电池三元正极材料(全面)点击添加标题（1）层状或隧道结构，以利于锂离子的脱嵌，且在锂离子脱嵌时无结构上的变化，以保证电极具有良好的可逆性能；(2)锂离子在其中的嵌入和脱出量大，电极有较高的容量，并且在锂离子脱嵌时，电极反应的自由能变化不大，以保证电池充放电电压平稳；(3)锂离子在其中应有较大的扩散系数，以使电池有良好的快速充放电性能。正极材料的结构特点点击添加标题钴酸锂钴酸锂具有三种物相，即层状结构的尖晶石结构的和岩盐相。目前，在锂离子电池中，应用最多的是层状的LiCoO2，其理论容量为274mAh／g，实际容量在140—15

2、5mAh／g。其优点为：工作电压高，充放电电压平稳，适合大电流放电，比能量高，循环性能好。缺点是：实际比容量仅为理论容量的50％左右，钴的利用率低，抗过充电性能差，在较高充电电压下比容量迅速降低。另外，再加上钻资源匮乏，价格高的因素，因此，在很大程度上减少了钴系锂离子电池的使用范围，尤其是在电动汽车和大型储备电源方面受到限制。点击添加标题制备方法钴酸锂的制备方法比较多，主要有高温固相合成法、低温固相合成法、溶胶-凝胶法、水热合成法、沉淀-冷冻法、喷雾干燥法、微波合成法等。目前，钴酸锂生产过程中，最常用的制备方法为高温固相合成法。传统

3、高温固相合成法制备LiCoO2，一般是以LiCO3或者LiOH和CoCO3或者Co3O4为原料，按照Li／Co比为1：1配制，在700～1000℃空气气氛下煅烧而成。点击添加标题改性为了提高LiCoO2的容量，改善其循环性能、降低成本，人们采取了掺杂和包覆的方法。具体采用以下几种方法：(1)用过渡金属和非过渡金属(Ni、Mn、Mg、A1、In、Sn)，来替代LiCoO2的Co用以改善其循环性能。试验发现过渡金属代替Co改善了正极材料结构的稳定性；而掺杂非过渡金属会牺牲正极材料的比容量；(2)引人P、V等杂质原子以及一些非晶物，如H3

4、PO4、SiO2、Sb的化合物等，可以使LiCoO2的晶体结构部分发生变化，以提高LiCoO2电极结构变化的可逆性，从而增强循环稳定性和提高充放电容量；(3)引入二价钙离子从而产生一个正电荷空穴，使氧负离子容易移动，改善导电性能，或用酸洗涤LiCoO2电池材料可以提高电极导电性，从而提高电极材料的利用率和快速充放电性能。点击添加标题镍酸锂LiNiO2有两种结构变体,具有a—NaFeO2型菱方层状结构LiNiO2的晶体才具有锂离子的脱／嵌反应活性，其理论容量为：274mAh／g，实际容量已达190—210mAh／g,工作电压范围为2.

5、5～4.1V，不存在过充电和过放电的限制,其自放电率低，没有环境污染，对电解液要求较低，是一种很有前途的锂离子电池正极材料。通常LiNiO2合成方法有：高温固相合成法、sol—get法、共沉淀法和水热合成法。点击添加标题改性(1)可以在LiNiO2正极材料掺杂Co、Mn、Ca、F、Al等元素，制成复合氧化物正极材料以增强其稳定性，提高充放电容量和循环寿命。(2)还可以在LiNiO2材料中掺杂P2O5；(3)加入过量的锂，制备高含锂的锂镍氧化物。点击添加标题锰酸锂锰酸锂具有安全性好、耐过充性好、锰资源丰富、价格低廉及无毒性等优点，是最

6、有发展前途的一种正极材料。锰酸锂主要有尖晶石型LiMnO4和层状的LiMnO2两种类型。尖晶石型LiMnO4具有安全性好、易合成等优点，是目前研究较多的锂离子正极材料之一。但LiMn2O4存在John—Teller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，容量衰减更加突出。三价锰氧化物LiMnO2是近年来新发展起来的一种锂离子电池正极材料，具有价格低，比容量高(理论比容量286mAh／g，实际比容量已达到200mAh／g以上)的优势。点击添加标题锰酸锂三价锰氧化物LiMnO2是近年来新发展起

7、来的一种锂离子电池正极材料，具有价格低，比容量高(理论比容量286mAh／g，实际比容量已达到200mAh／g以上)的优势。LiMnO2存在多种结构形式，其中单斜晶系的LiMnO2和正方晶系LiMnO2具有层状材料的结构特征，并具有比较优良的电化学性能。对于层状结构的LiMnO2而言，理想的层状化合物的电化学行为要比中间型的材料好得多，因此，如何制备稳定的LiMnO2，层状结构，并使之具有上千次的循环寿命，而不转向尖晶石结构是急需解决的问题。点击添加标题磷酸铁锂1997年，Padhi等人最早提出了LiFePO4的制备以及性能研究。L

8、iFePO4具备橄榄石晶体结构，理论容量为170mAh／g，有相对于锂金属负极的稳定放电平台，虽然大电流充放电存在一定的缺陷，但由于该材料具有理论比能量高、电压高、环境友好、成本低廉以及良好的热稳定性等显著优点，是近期研究的重点替代材