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锂电子电池正极材料研究现状

时间:2021-12-31 10:40来源:毕业论文
iCoO2正极材料层状LiCoO2为最早商业化的锂电池正极材料,属-NaFeO2型层状结构,六方晶系,R3m空间群,氧原子是以AB、CA、BC立方密堆积排列,在氧原子层间锂原子和钴原子交替占据其层间

iCoO2正极材料层状LiCoO2为最早商业化的锂电池正极材料,属α-NaFeO2型层状结构,六方晶系,R3m空间群,氧原子是以AB、CA、BC立方密堆积排列,在氧原子层间锂原子和钴原子交替占据其层间的八面体位置。LiCoO2的晶格常数 a=0。282nm,c=0。1406nm 。1991年,Sony公司最早将层状LiCoO2正极材料用于商业化发展。这种正极材料具有合成简单,工作电压高,循环性好,无环境污染等优点。且钴是稀土元素,稀有昂贵,但这不是主要缺点,它毒性很大,当发生严重过充时,会释放出氧气,并放出大量热量,存有爆炸的危险,因此安全性能差且不符合科学发展的主旨,这些特点成为该材料的发展瓶颈。76538

2 LiNiO2正极材料

   LiNiO2和LiCoO2具有相同的晶体结构,同属α-NaFeO2型层状结构,在氧原子层间锂原子和镍原子交替占据其层间的八面体位置,LiNiO2的晶格参数为 a=0。2878nm,c=0。1419nm 。LiNiO2相较于LiCoO2来说价格低廉、环境污染小、且导电性好,但也容易导致电池过充现象发生。若电池发生了过充现象,裡过量脱出,易使层状结构转变成单相斜晶系,从而造成材料电化学性能变差,并生成四价镍的氧化物。这种氧化物的氧化性很强,易与电解液中的有机电解质发生反应并放出气体。此外这种氧化物也易分解并放出氧气,一定程度内热量和气体聚集在一起,将会发生爆炸,电池的安全性能极低。

3 LiMnO2正极材料

LiMnO2正极材料结构有两种:单斜相和斜方相。单斜相LiMnO2与LiCoO2,LiNiO2结构相同,同属α-NaFeO2型层状结构。斜方相是有序的岩盐结构 。LiMnO2正极材料中锰元素资源丰富、成本低廉且环保,但LiMnO2材料的比容量低,实际应用时LiMnO2正极材料在充放电过程中会发生不可逆的相变,单斜相转变为尖晶石结构,从而导致可逆容量损失。 论文网

4 LiFePO4正极材料

LiFePO4是六方密堆积橄榄石型结构,电池充放电时,由于Li+的脱出和嵌入,使这种材料结构在FePO4与LiFePO4之间来回转变。由于FePO4结构与LiFePO4结构相同,所以材料的循环性能佳,且结构稳定性好。LiFePO4生产原料丰富,生产成本低廉,对环境无污染且比容量高,理论比容量为 170m Ah/g,因此这种材料有着广阔的应用前景。但LiFePO4材料存在电导性差,振实密度小,加工性能差等缺点。

5 LiNixCoyMn1-x-yO2三元复合正极材料

LiNixCoyMn1-x-yO2的结构与LiCoO2类似,同属α-NaFeO2型层状结构。LiNixCoyMn1-x-yO2综合了LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2电极材料的优点形成LiCoO2/LiNiO2/LiMnO2三相共熔体系,从而存在三元协同效应 。Co可以减少阳离子的混排,使电池具有高的比容量;Ni 可以降低材料的成本;Mn可以稳定层状结构,提高材料的稳定性。由于其具有比容量高、成本相对低廉、热稳定性好、安全性高等优点,将逐渐取代传统的钴酸锂正极材料由于协同效应,有效地改善了三元材料的电化学性能。LiNixCoyMn1-x-yO2正极材料中Ni、Co、Mn的价态分别为+2价、+3价和+4价,其中只有Ni、Co元素参与电化学反应,而Mn元素不参加电化学反应,主要作用是稳定层状结构的。但Ni2+与 Li+半径相近,容易造成阳离子混排,当Ni2+占据 Li+位置时会妨碍到锂离子的传输,使部分锂离子无法嵌入到晶格中。由于正极材料的可逆容量是通过锂离子来回嵌入和脱出实现的,所以发生阳离子混排后,锂离子的可逆嵌脱数量较少,降低了材料的可逆容量 

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