锂电池正极材料的研究.doc

《锂电池正极材料的研究.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、聚合物锂电池正极材料1990年口木Sony公司开发出锂离子电池，引起了世界范围的广泛关注。新型电极材料和电解质选择是锂离了电池研究的主要内容。锂离了二次电池八十年代末、九I•年代初诞生以来，其发展非常迅速，如1991年就实现了商品化，1992年作为电动汽车的动力源进行开发研究，1996年三菱公司在北京展出了以锂离了二次电池为动力的电动汽车概念车，其实际应用范用也不断拓宽，共至对航空航天、军事等领域也有所渗透。从图1[1]可以看出，与常用的二次电池铅酸、镉银、金属蛍化物电池相比，其能量密度最高，从小型化和轻型化的角度來看，锂离了电池是未来发展的主

2、耍方向。从表1可以看出与上述电池在正极、负极以及电解质[)aiprei^ntLithiumIon050100150200250300350EnergyDensityperVblume(WhI1)Fig.I.Energydensityofsecondarybatteries.Table1VarioussecondarybatteriesandtheircliaractcristiesBatterysystemCathodeElcctrolytcA'cactionAnodeNominalvoltage(V)LeadacidPbO2H2SO4aque

3、oussolutionPb+SO：—PbSO4+2c(anode)PbO2+4H+SO：+2c—PbSO4+2H2OdiuilMgcPbO2+2H:SO4+Pb—2R^SO4+2H：Ocharge(cath(xlc)(totalreaction)Pb7NiCdNiO()HKOHaqueoussolutionCdL2Cd+2OH—Cd(OH)2+2c(anode)2N!OOH+2H:O+2c—2Ni(OH)2+2OH(cathcxlc)2NiOOH+Cd+2H2O=Ni(OH),+Cd(OH).(totalreaction)chargeNiMHN

4、iOOHKOHaqueoussolutionH2+2OH—2H2O+2c(anode)2NiOOH+2H：O+2c—2Ni(OH)2+2OH(calluxJe)2NiOOH+(trtalreaction)chMgr■Hydrogenadsorbedalloy12LithiiunionCoO，■Organicclcclrulytc+LisaltC+Li3.7Li(C)—Li+c(ancxie)Li+c+CoOj—LiCoO^(cnlhodc)chsdlMgeLi(C)+Co()2—IJCo(>2(totalrcacticm)■diM^c1正极材料

5、正极材料应具有如下几个特点：1、放电反应时应具有比较大的负的吉布斯自由能（高的放电电压）。2、主体结构应具有校低的分了量和能够嵌入大量锂的能力（高的能量容量）。3、主体结构应有较高的化学扩散系数（高能量密度）。4、在嵌入和脱嵌时材料的结构应该尽可能的不发生变化（长的循环寿命）。5、材料应该是化学性能稳定的，无毒并且成本较低的。6、材料在处理时容易。近儿年来，碳负极性能不断改善和提高［1］,并且屡有新的高性能负极体系出现［2,3］,电解质的研究也取得很大进展［4］。相对而言，作为锂离子电池锂源的正极材料研究较为滞后，成为制约锂离了电池整体性能进一

6、步提高的关键因素。目前，正极材料的研究正受到越来越多的重视。研究较多的正极材料包括LiCoO2,LiNiO2和LiMn2O4,其屮层状结构的LiCoO2电极性能良好，是当前市场上商吊锂离了电池广泛采用的正极材料，但也存在价格高，污染大等缺点；尖晶石结构的LiMn2O4价格便宜，无污染，被视为取代LiCoO2的首选材料，获得广泛深入的研究，但由于容量偏低，高温下容量衰减严重等问题，其应用范围仍受到一定的限制；与结构相似的LiCoO?相比，LiNiO2具有容量高，功率大，价格适中等优点，但也存在合成困难，热稳定性差等问题，其实用化进程一育较缓慢。然

7、而，随着掺杂型锂磔氧化物（如LiNdyCOyO?⑸等）性能的改善和提高，况且，将锂离了电池的应用扩展到电动汽车（EV,HEV）,蓄能电站，军事应用等工业大电池领域正成为研究热点,发展高能锂离子电池的关键技术Z—是正极材料的开发，与锂蓄电池负极材料的发展相比较，正极材料的发展稍显缓慢。原因在于尽管理论上可以脱嵌锂的物质很多，但要将其制备成能实际应用的材料却并非易事，制备过程屮的微小变化都能导致材料结构乃至性质的巨大茅异。作为锂离了电池正极材料的嵌锂化合物是锂离了的贮存库，充电时，LT从正极逸出，嵌入负极，放电时Li+则从负极脱出，插入正极，即在充

8、放电过稈屮，LT在正负极问嵌入脱出往复运动犹如来冋摆动的摇椅或往复运动的羽毛球，因此这种电池又被称为"Rockingcharibattery或Shut