鋰離子電池負(fù)極材料

 

LiCoO2是目前市場上鋰電池產(chǎn)品的主要負(fù)極材料。LiCoO2制造工藝簡單，材料穩(wěn)定性好，循環(huán)次數(shù)可達(dá)1000次以上。但是LiCoO2有很多缺點(diǎn):價格高，對環(huán)境污染，安全性能差，比能量低，約140mah。g1。一方面，用鎳或錳部分替代Co可以降低成本和污染，提高材料的可逆能力和循環(huán)穩(wěn)定性。

 

(2)LiNiO2

 

LiNiO2還具有可可逆容量高達(dá)200ma.g1的分層結(jié)構(gòu)。但在制備LiNi 2的過程中，容易產(chǎn)生富鎳的非化學(xué)計(jì)量材料LiNi+sO2。由于鋰鎳合金易發(fā)生位錯，影響了材料的容量和循環(huán)穩(wěn)定性，特別是其高氧化態(tài)和較差的熱穩(wěn)定性。鎳與Co、Al、Ga、Ti、Mg、Mn等金屬元素的部分替代可以有效提高材料的電化學(xué)穩(wěn)定性。

 

混合摻雜可以提高材料的電化學(xué)穩(wěn)定性。

 

(3)含錳化合物

 

錳資源豐富，價格低廉，無污染，是理想的陰極材料。

 

尖晶石結(jié)構(gòu)的LiMn204已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注，并有望實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。但也存在騎行性能差、容量低等缺點(diǎn)(理論容量為148ma.g1)。LiMn204循環(huán)穩(wěn)定性差的原因是電解液中錳的溶解，形成了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差的tegual相L2Mn2O4，充放電時顆粒細(xì)化，結(jié)晶性能差。摻雜的低成本金屬元素,如鉻、鎳、有限公司A1和李部分取代Mn,可以提高材料的循環(huán)穩(wěn)定性,鋰離子遷移的內(nèi)部阻力個隨機(jī)對照試驗(yàn)的材料可以減少,和離子擴(kuò)散系數(shù)可以提高材料的循環(huán)穩(wěn)定性增加。例如，富含鋰的尖晶石相材料LiMn2O4經(jīng)過2500次循環(huán)后仍能保持70%以上的初始容量。但是摻雜會降低材料的質(zhì)量容量，所以不容易摻雜太多。摻雜F元素部分取代0合成的LiMn2O4xFy和LiAkMmxO4yFx可以增加Mn2+的含量，從而提高材料的可逆能力。此外，LiMn2O4的表面涂層和表面改性可以有效降低錳在電解液中的溶解，提高材料的電化學(xué)性能。層狀結(jié)構(gòu)的LiMnO2理論計(jì)算能力可達(dá)285maha。引起了極大的興趣。但其穩(wěn)定性很差，研究也不成熟。

 

(4)含鐵化合物

 

由于鐵資源的豐富和無污染，含鐵化合物作為陰極材料也引起了人們的關(guān)注。L + eO2具有較高的初始容量，但當(dāng)鐵處于高氧化態(tài)Fe+時，會與電解質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)。李正eO4的實(shí)際容量達(dá)到理論容量170毫安時的90%。gl導(dǎo)電性差，制備工藝復(fù)雜，鐵價態(tài)控制困難，常需要在氬氣中中和。具有相似結(jié)構(gòu)的Li + exO4(x=si, Ge)也引起了相當(dāng)大的關(guān)注。Licht等報(bào)道了高鐵酸鹽的高容量，如LoFeO4作為陰極材料。

 

此外，V20，尤其是帶有納米孔的V205，具有高達(dá)400 maha的高鋰存儲容量。這也是一個新的研究方向，但它對環(huán)境污染大。

 

目前，有四種陰極材料得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。充放電過程可以表示為XA+My=AxMy

 

作為一種理想的陰極材料，它必須具備:

 

(1)大的gigli自由能與陽極保持大的電位差，提供高的電池電壓(高的比功率)。

 

(2)范圍內(nèi)的x,吉利自由能變化量的鋰離子嵌入反應(yīng)很小,也就是說,鋰離子嵌入量大,電極電位幾乎沒有依賴的嵌入量,以保證穩(wěn)定的鋰離子電池的工作電壓。

 

(3) x量程寬，電池容量大。

 

(4)陰極材料為大口徑隧道結(jié)構(gòu)。

 

(5)鋰離子在“隧道”中具有較大的擴(kuò)散系數(shù)和離子遷移率，保證了較大的擴(kuò)散速率，并具有良好的導(dǎo)電性，從而提高了鋰離子電池的最大工作電流。

 

(6)界面結(jié)構(gòu)多，支撐明顯