鋰離子電池正極相關材料-展示頁
2024-08-17 22:33本頁面
【正文】 (3)在進行鋰的嵌入和脫出過程中，主體材料的結構沒有或很少發(fā)生變化，以確保電極具有良好的可逆性，氧化還原電位隨著鋰含量的變化應比較小，從而使得電池的輸出電壓不會發(fā)生明顯的變化。然而作為理想的鋰離子正極材料，應具備以下性能：(1)金屬離子在嵌入含鋰化合物時應具有較高的氧化還原電位，從而使電池的輸出電壓較高。鋰離子電池的關鍵材料之一是正極材料，所以鋰離子電池對正極材料的要求也很高。該電池既克服了二次鋰電池循環(huán)壽命短、安全性差的缺點，又較好地保持了二次鋰電池高電壓、高比能量的優(yōu)點。但由于MoO2和WO2等負極材料的嵌鋰電位較高(07～ V vs Li+/Li)，因此未能得到實際應用。1987年，Aubom等【4】裝配了以MoO2或WO2為負極，LiCoO2為正極的“搖椅式”電池。鋰二次電池的突破性發(fā)展源于Armand的“搖椅電池(Rocking chair batteries)”的構想，即采用低插鋰電勢的嵌鋰化合物代替會屬鋰為負極，與高插鋰電勢的嵌鋰化合物組成二次鋰離子電池。1．2鋰離子電池發(fā)展概況鋰離子電池的發(fā)展可以追迥到鋰二次電池，鋰二次電池的研究最早始于20世紀6070年代的石油危機，當時主要集中在以金屬鋰及其合金為負極的鋰二次電池體系，但鋰在充放電過程中由于電極表面的凹凸不平，導致表面電位分布不均勻，造成了鋰的不均勻沉積。此外，鋰離子電池也是航空航天和軍事等領域要求空間上移動使用的新一代清潔安全能源，以及作為家庭和交通照明、備用電源、儲能電站等時間上移動使用的儲能調(diào)峰電源。鋰離子電池還可以用于電動工具和電動車電源替代Cd．Ni電池和鉛酸電池，一方面CdNi電池和鉛酸電池的原材料上漲，成本提高，發(fā)展受限，我國出口退稅政策調(diào)整；另一方面歐盟在2005和2006年相繼出臺了兩項與化學品相關的RollS和REACH法令，前者限制了鉛、鎘等6種化學元素的使用，后者則規(guī)定上萬種化學藥品要重新注冊。鋰離子電池的上述特點，使其可以向小型化方向發(fā)展，因而適合于小型便攜式電器電源，如移動電話、筆記本電腦、照相機等。鋰離子電池是綠色環(huán)保電池，是二次電池中的佼佼者。鋰離子電池正極相關材料作者：日期：鋰離子電池具有工作電壓高、無記憶效應、環(huán)境友好等優(yōu)點，已經(jīng)成為21世紀綠色電池的首選。鋰離子電池的關鍵材料之一是正極材料，目前商品化鋰離子電池的正極材料主要是LiCoO2，但存在成本高、實際比容量偏低、抗過充電性能差、安全性能不佳等問題，嚴重阻礙了鋰離子電池的進一步發(fā)展，限制了它在更廣領域的應用，迫切需要研究者開發(fā)出成本低、性能優(yōu)良、安全性高的鋰離子電池正極材料以滿足電動汽車等新興行業(yè)的需求。與鎳鎘電池(Cd．Ni)和鎳氫電池(Ni．H)相比，鋰離子電池具有工作電壓高、比能量大、充放電壽命長、自放電率低等顯著優(yōu)點，且沒有CdNi電池中鎘的環(huán)境污染問題。這些電器與人們的商務活動和日常生活緊密相連，使用的群體廣，新舊換代快。所以這為鋰離子電池行業(yè)發(fā)展帶來了新的機遇【l】。因此鋰離子電池有非常廣闊的應用范圍。這種不均勻沉積導致鋰在一些部位沉積過快，產(chǎn)生鋰枝晶，當鋰枝晶發(fā)展到一定程度時，一方面會發(fā)生折斷，造成鋰的不可逆損失；另一方面鋰枝晶的產(chǎn)生會刺穿電池的隔膜，將正極與負極連接起來，引起短路，產(chǎn)生大電流進而生成大量的熱，引起電池著火甚至爆炸，從而引發(fā)嚴重的安全問題，因此這種電池未能實現(xiàn)商品化【2】。Scrosati等【3】以LiWO2或Li6FeO3為負極，以TiSWONbS2或V2O5為正極組裝成二次電池。與金屬鋰為負極的二次鋰電池相比，這些電池的安全性能和循壞性能大大提高。1990年日本Sony能源技術公司首先推出實用型鋰離子電池。由此，二次鋰離子電池在全世界范圍內(nèi)掀起了研究開發(fā)熱潮，并取得了巨大的進展凈。從上世紀70年代開發(fā)鋰電池起，經(jīng)過30多年的研究，多種嵌鋰化合物可作為鋰離子電池的正極材料。(2)含鋰嵌入化合物應允許大量的鋰能進行可逆的嵌入和脫出，得到高的電容量。(4)含鋰嵌入化合物應具有較好的電子電導率和離子電導率，這樣可以減少極化，能夠大電流充放電。(6)鋰離子在含鋰嵌入化合物中的化學擴散系數(shù)應盡可能的大，以確保良好的電化學動力學特性。1．6 正極材料的發(fā)展現(xiàn)狀鋰離子電池正極材料中的活性物質大多數(shù)是含鋰的過渡金屬氧化物。LiCoO2有3種物相，即層狀結構相、尖晶石型結構相和巖鹽結構相。鈷酸鋰是最早發(fā)現(xiàn)也是目前研究的最深入的鋰離子電池正極材料，理論容量為273mAh／g，具有工作電壓高、充放電平穩(wěn)、比能量高、循環(huán)性能好的特點。同時，由于鈷資源匱乏，價格高，并且具有毒性，因此在很大程度上限制了其使用范圍，尤其是在電動汽車和大型儲備電源方面受到限制。但也存在著一些缺點，如難以合成計量比產(chǎn)物，循環(huán)容量衰退較快，熱穩(wěn)定性差等，這與化學計量比的鎳酸鋰難以合成有關【l1】，也是目前鎳酸鋰還沒有在商業(yè)鋰離子電池中得到廣泛應用的主要原因。錳的氧化物存在尖晶石型的LiMn2O4和層狀LiMnO2兩種類型。但LiMn2O4在充放電過程中容易發(fā)生結構畸變，造成容量迅速衰減，特別是在較高溫度的使用條件下，容量衰減更加突出。層狀LiMnO2材料的理論容量為286mAh／g，目前實際容量為140—200mAh／g。近幾年，國內(nèi)外對LiFePO4進行了廣泛研究，其理論比容量為170mAh／g，原料來源廣泛，價格低廉，無毒性，環(huán)境兼容性好，用做正極材料時熱穩(wěn)定性好、循環(huán)性能優(yōu)良、安全性好，適用于電動車等所需的大型移動電源，被認為是較理想的新一代鋰離子電池正極材料【12】。為了提高其導電性能，一般對磷酸鐵鋰進行碳包覆【13】。目前，對于正極材料的研究多集中在對材料進行摻雜和包覆、改進制備方法以改善正極材料的性能。1．4層狀LiCoO2正極材料早在1 958年
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