但是以其为正极材料制备的电池过电压高,放电不充分,Ni3+易还原成Ni2+。高温状态下Li盐易挥发,产生缺陷。而且锂离子和镍离子易产生阳离子混排,造成充放电效率低。

1.3.3 锰酸锂

猛的价格便宜,对环境友好,安全性能优异,掺杂后稳定性好,但是正极材料中含有Li2MnO4,充放电循环式也有部分LiMnO2通过不可逆相变转化为Li2MnO4,使得充放电量降低,循环性能降低。另外,这种电池的高温性能差,合成困难,使其发展受到了限制。

1.3.4磷铁酸锂

LiFePO4与FePO4结构不变,锂离子的脱嵌和嵌入都能保持良好的结构,循环性能好,原料广泛,无污染。但是其自身的结构限制锂离子的移动,使得离子和电子导电性差[5-7];成本较高;振实密度低从而影响能量密度;容量不大等缺点。

1.4 镍钴锰酸锂作为正极材料的分析

单一元素的掺杂只对正极材料晶格的某一方面性能有很好的改善,于是,为了寻求解决方法,目标又转向了多元素的掺杂[8]。人们对锂离子电池的进一步研究发现了以下规则,Co能够稳定材料的结构,提高材料电导率,且Co的掺杂对LiNiO2层状结构影响非常小,有利于减少阳离子混排,使层状结构更稳定,使得电池的循环性能增加;Mn能够大大稳定了主体材料的结构[9-11]。另外Mn也能使正极材料的成本降低,利于工业化。虽然加入Mn使得材料中化学活性物质减少,但是电池的实际电化学性能并没有下降多少。通过下表可以看出镍钴锰酸锂正极材料比容量较高,热稳定性好,循环性能好,安全性能较好,使得其综合性能相对来说优异,称为锂离子电池正极材料重要的研究项目。

参数 钴酸锂 镍酸锂 锰酸锂 镍钴锰 磷铁酸锂

振实密度

/(g·cm-3) 2.8~3.0 2.4~2.6 2.2~2.4 2.0~2.3 1.0~1.4

比容量

/(mAh·g-1) 140~160 170~190 100~120 150~170 130~140

热稳定性 -20~55℃

一般 -20~55℃

不稳定 -20~55℃

较好 -20~55℃

-20~55℃

很好

电压平台

/V 3.6 3.8 3.7 3.5 3.2

循环性能

/次 ≥300 ≥500 ≥800 ≥2000

安全性能 较好 较好 优良

表1-1几种锂离子电池正极材料性能比较

同时掺杂Co和Mn能很大的提高镍酸锂电池的性能,在各种三元材料LiNi1-x-yCoxMnyO2中,人们研究了LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料,LiNi0.3Co0.3Mn0.3O2材料,LiNi0.7Co0.2Mn0.1O2材料等,Co和Mn的含量也同也影响到电池的工作性能。但是通过实验发现,LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2相比其他三元材料,具有更大的比容量,更好的循环性和热稳定性。KIM等用共沉淀法合成的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 正极材料,在 0.1 C,3.0~4.3 V 条件下首次放电比容量达到 198mA∙h/g[9]。镍钴锰酸锂电池通过提高振实密度提高了其能量密度 [12-13]。论文网

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