鋰離子電池正極材料的類型有哪幾種？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2020-04-08 14:04
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層狀結(jié)構(gòu)正極材料
目前,在商業(yè)化的鋰離子電池正極材料中，LiCoO2一直居于主體地位。LiCoO2具有α-NaFeO2型二維層狀結(jié)構(gòu)，非常適合鋰離子的嵌脫，具有電壓高、放電平穩(wěn)、比能量高、循環(huán)性能好、制備工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，能夠適應(yīng)大電流充放電。其理論容量為274 mAh/g，為了使其保持良好的循環(huán)穩(wěn)定性，實(shí)際容量控制為140 mAh/g。但是，LiCoO2材料作為正極，存在著電池容量衰減較大、抗過充性差、熱穩(wěn)定性差等問題，為了克服LiCoO2材料這些缺陷，常采用摻雜改性、包覆等方式提高其穩(wěn)定性。層 狀 LiMnO2的 理 論 容 量 較 高 ， 為 285mAh/g，具有能量密度高、無毒及低成本等優(yōu)點(diǎn)。但是，在充放電過程中，由于Jahn-Teller效應(yīng)，其結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生改變，導(dǎo)致材料粉化，可逆容量 迅 速 衰 減 。 為 了 制 備 穩(wěn) 定 層 狀 結(jié) 構(gòu) 的LiMnO2，可以在Mn-O層上引入其它過渡金屬元素，與Mn形成復(fù)合金屬氧化物，增強(qiáng)材料層狀結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。文獻(xiàn)報(bào)道，向?qū)訝頛iMnO2中摻入Al 、Cr 、Co、Ni 等可以穩(wěn)定材料層狀結(jié)構(gòu)的元素，能夠顯著改善其電化學(xué)性能
目前,在商業(yè)化的鋰離子電池正極材料中，LiCoO2一直居于主體地位。LiCoO2具有α-NaFeO2型二維層狀結(jié)構(gòu)，非常適合鋰離子的嵌脫，具有電壓高、放電平穩(wěn)、比能量高、循環(huán)性能好、制備工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，能夠適應(yīng)大電流充放電。其理論容量為274 mAh/g，為了使其保持良好的循環(huán)穩(wěn)定性，實(shí)際容量控制為140 mAh/g。但是，LiCoO2材料作為正極，存在著電池容量衰減較大、抗過充性差、熱穩(wěn)定性差等問題，為了克服LiCoO2材料這些缺陷，常采用摻雜改性、包覆等方式提高其穩(wěn)定性。層 狀 LiMnO2的 理 論 容 量 較 高 ， 為 285mAh/g，具有能量密度高、無毒及低成本等優(yōu)點(diǎn)。但是，在充放電過程中，由于Jahn-Teller效應(yīng)，其結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生改變，導(dǎo)致材料粉化，可逆容量 迅 速 衰 減 。 為 了 制 備 穩(wěn) 定 層 狀 結(jié) 構(gòu) 的LiMnO2，可以在Mn-O層上引入其它過渡金屬元素，與Mn形成復(fù)合金屬氧化物，增強(qiáng)材料層狀結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。文獻(xiàn)報(bào)道，向?qū)訝頛iMnO2中摻入Al 、Cr 、Co、Ni 等可以穩(wěn)定材料層狀結(jié)構(gòu)的元素，能夠顯著改善其電化學(xué)性能
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二、 尖晶石結(jié)構(gòu)正極材料
尖晶石LiMn2O4具有耐過充性能好、熱穩(wěn)定性高、資源豐富、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最有前途的鋰離子電池正極材料。但其存在著高溫循環(huán)性能差的缺陷，因此，對(duì)尖晶石LiMn2O4的改性研究一直是該類材料研究熱點(diǎn)。以Mn3O4作為合成前驅(qū)體，在800℃下反應(yīng)，可得到電化學(xué)性能優(yōu)越的純相尖晶石LiMn2O4微米球；有研究發(fā)現(xiàn)，與純LiMn
二、 尖晶石結(jié)構(gòu)正極材料
尖晶石LiMn2O4具有耐過充性能好、熱穩(wěn)定性高、資源豐富、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最有前途的鋰離子電池正極材料。但其存在著高溫循環(huán)性能差的缺陷，因此，對(duì)尖晶石LiMn2O4的改性研究一直是該類材料研究熱點(diǎn)。以Mn3O4作為合成前驅(qū)體，在800℃下反應(yīng)，可得到電化學(xué)性能優(yōu)越的純相尖晶石LiMn2O4微米球；有研究發(fā)現(xiàn)，與純LiMn
2O4相比較，表面包覆有YPO4的LiMn2O4表現(xiàn)出了更好的循環(huán)性能，這是因?yàn)閅PO4隔絕了正極活性材料與電解液直接接觸，阻止了Mn3+的溶解，還抑制了電池阻抗增長(zhǎng)，因而進(jìn)一步提高了電極的熱穩(wěn)定性。
三、 橄欖石結(jié)構(gòu)正極材料
LiFePO4具有循環(huán)穩(wěn)定性好、高安全性、和綠色友好等優(yōu)點(diǎn)，一直是動(dòng)力鋰離子電池領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。LiFePO4具有規(guī)整的橄欖石結(jié)構(gòu)，屬正 交 晶 系 ， Pmnb 空 間 群 ， 晶 胞 參 數(shù) 為a=0.469nm，b=1.033nm，c=0.601nm。目前，可采用固相法、共沉淀法、溶膠-凝膠法、水熱/溶劑熱法、微波法和碳熱還原法等多種方法合成LiFePO4。由于LiFePO4的電子電導(dǎo)率和離子電導(dǎo)率均較低，材料的整體電化學(xué)性能較差，在實(shí)際應(yīng)用中嚴(yán)重受限。目前可通過包覆、摻雜或?qū)⒉牧霞{米化來加以改善。Fan等通過碳熱還原法制 備 了 LiFePO4/C (LFPC) 和 LiFe1-2xTixPO4/C(LFTPC)，碳包覆和Ti 摻雜的LFTPC電導(dǎo)率可達(dá)~10-4S/cm ； 用 不 同 比 率 的 TiO2摻 雜LiFePO4(LFP)， 得到LFTPC的晶體結(jié)構(gòu)很穩(wěn)定，與LFP相比具有更小的粒徑；在不同Ti摻雜率的LFTPC中，摻雜率為 2%的LFTPC具有最好的倍率性能和循環(huán)性能。
三、 橄欖石結(jié)構(gòu)正極材料
LiFePO4具有循環(huán)穩(wěn)定性好、高安全性、和綠色友好等優(yōu)點(diǎn)，一直是動(dòng)力鋰離子電池領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。LiFePO4具有規(guī)整的橄欖石結(jié)構(gòu)，屬正 交 晶 系 ， Pmnb 空 間 群 ， 晶 胞 參 數(shù) 為a=0.469nm，b=1.033nm，c=0.601nm。目前，可采用固相法、共沉淀法、溶膠-凝膠法、水熱/溶劑熱法、微波法和碳熱還原法等多種方法合成LiFePO4。由于LiFePO4的電子電導(dǎo)率和離子電導(dǎo)率均較低，材料的整體電化學(xué)性能較差，在實(shí)際應(yīng)用中嚴(yán)重受限。目前可通過包覆、摻雜或?qū)⒉牧霞{米化來加以改善。Fan等通過碳熱還原法制 備 了 LiFePO4/C (LFPC) 和 LiFe1-2xTixPO4/C(LFTPC)，碳包覆和Ti 摻雜的LFTPC電導(dǎo)率可達(dá)~10-4S/cm ； 用 不 同 比 率 的 TiO2摻 雜LiFePO4(LFP)， 得到LFTPC的晶體結(jié)構(gòu)很穩(wěn)定，與LFP相比具有更小的粒徑；在不同Ti摻雜率的LFTPC中，摻雜率為 2%的LFTPC具有最好的倍率性能和循環(huán)性能。
