1.2.2 LiCoO2正极材料
LiCoO2材料是在20世纪80年代初由Goodenough等首次也是最早发现的能够可逆脱嵌离子的嵌锂化合物,LiCoO2属于α-NaFeO2型结构,具有层状二文结构,实际容量在140-155mAh/g之间,是目前商业化的锂离子电池使用的主要正极材料,该化合物属于合成(可低温合成)化合物,电化学性能稳定,使用寿命长,且工作电压可达到4.5V,但是合成LiCoO2材料所需的钴资源匮乏,成本较高;同时钴作为重金属,对环境危害较大,电池回收困难;从安全角度考虑,LiCoO2材料耐过充过放性能差,高倍率充放电易分解,安全性较差,故需要寻找新的正极材料来替代它。
1.2.3 LiNiO2正极材料
LiNiO2具有与LiCoO2相同的晶体结构,是继LiCoO2以后研究最多的一类层状嵌锂化合物。LiNiO2材料的容量可达150mAh/g,工作电压在2.5-4.1V之间,耐过充过放性能好,但是LiNiO2的合成所需实验条件比较苛刻,易生成非计量比的产物,导致充放电过程中材料结构塌陷,造成容量损失。另外,LiNiO2材料的热稳定性较差,自身易分解,且可溶电解质氧化分解,分解过程会产生热量,造成安全隐患,这些缺点的存在制约着LiNiO2材料的商业化发展[8]。
1.2.4 LiMnO2正极材料
LiMnO2为层状结构,具有锂离子三文通道,工作电压在2-4.5V之间。相对于尖晶石结构的LiMn2O4材料而言,锂离子脱出嵌入相对较容易,理论容量高达286mAh/g,为LiMn2O4理论容量的2倍。但是LiMnO2属于热力学亚稳态,高温下不稳定,在锂离子脱出嵌入过程中易形成类尖晶石结构,造成材料放电容量损失。
1.2.5 锂离子电池的负极材料
在锂离子电池的发展过程中研究的负极材料主要有四类:一是金属氧化物;二是金属硫化物;三是碳材料,如天然石墨、石油焦炭热解炭、碳纤文等;四是过渡金属锂氮化物[9]。1990年索尼公司将石油焦炭作为负极,使锂离子电池的研究进入实用化阶段。因为由于碳材料具有嵌锂电位低,来源丰富,价廉易得,无毒无污染的优点。锂离子电池能否成功应用,关键在于能可逆地嵌入脱嵌锂离子的负极材料的制备。这类材料要求具有:1)在锂离子的嵌入反应中自由能变化小;2)锂离子在负极的固态结构中有高的扩散率;3)高度可逆的嵌入反应;4)有良好的电导率;5)热力学上稳定同时与电解质不发生反应。
1.2.6 锂离子电池的电解质
电解质作为电池的3个重要的组成部分之一,是完成电化学反应的不可缺少的部分,它的性能好坏直接影响了锂离子电池的性能的优化和提高。在电解质的研究中,人们在寻找粘度更小、电常数更大和稳定性更好的非水电解质,同时也在研究水电解质体系和高分子固体电解质[10]。在高分子固体电解质的研究中也进行了复合材料的研究,从广义上讲,按电解质的不同可分为锂离子有机电解液电池和锂离子聚合物电池,前者使用液态电解质,而后者使用固态电解质。液态电解质主要采用锂盐和混合有机溶剂所组成的材料,如DME(二甲基乙二醇)+LiClO4/PC(碳酸丙烯酯)等[11]。
1.2.7 锂离子电池的工作原理
锂电池实际上是一种浓差电池。充电时,锂离子从正极活性物质晶格间脱出,通过电解液和隔膜嵌入负极晶格间;负极处于富锂态,正极处于贫锂态,同时电子的补偿从外电路供给到负极,保证负极的电荷平衡。放电时,Li-从负极脱嵌,穿过电解质和隔膜,重新嵌入到正极材料的晶格中,正极处于富锂态[12,13]。如图1.2所示。
在充放电过程中,为了保持电荷的平衡,充放电过程中应有相当数量的电子经外电路传递,与Li+一起在正负极间迁移。这种过程类似摇椅的反复运动,故锂离子电池又称摇椅电池。 LiFeCoPO4的合成研究+文献综述(4):http://www.youerw.com/cailiao/lunwen_7980.html