锂电池正极材料.ppt

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1、第五章锂电池正极材料锂电池正极材料研究现状背景锂钴氧正极材料锂镍氧正极材料锂锰氧正极材料锂钒氧正极材料磷酸铁锂正极材料。1.当前，全球温室气体排放总量持续攀升，二氧化碳排放中，25%来自汽车，发展电动汽车不仅以电代石油、减少温室气体排放。2.电动汽车可分为三种：燃料电池车、混合动力车和纯电动汽车。3.燃料电池车的主动力是质子交换膜燃料电池，辅助动力是锂离子电池。由于氢气的生产、储存和运输等问题尚未解决，加之氢燃料电池本身的系统复杂性、氢基础设施的建设难度、铂资源的有限性以及居高不下的成本，应用在电动车上障碍

2、重重、时间漫长。混合动力车的主动力是内燃机，电池只是回收汽车减速时的能量，不能外充电。由于锂离子电池的技术进步很快，电池组循环寿命已超过1000次，锂离子电池为动力的纯电动汽车已成为国际竞争的热点。4.发展锂离子电池动力纯电动汽车的关键是正极材料①固相反应法②对水热法③凝胶法④机械化学激活法⑤融盐合成1.3磷酸铁锂正极材料的制备方法锂电池结构1绝缘体2垫圈3FIX元件4正极端子5排气孔6防爆阀7正极8隔膜9负极10负极引线11正极12外壳图1-1圆柱形锂离子电池结构示意图锂电池工作原理电解液锂离子电池电解液

3、来用的是电解质锂盐溶解在有机溶剂中的溶液，具有离子导电性。常见的溶剂有DC、EC、DMC、DEC、EMC等,实际使用中常来用混合型溶剂,如EC+DEC等。锂离子电池中使用的锂盐，以阴离子不同可分为无机阴离子锂盐和有机阴离子锂盐两类。无机阴离子锂盐主要包括LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiAsF6。LiPF6因其电导率高，在商业上得到广泛应用，隔膜：Celgard2400聚丙烯微孔膜几个名词PVDF:聚偏氟乙烯EC:碳酸乙烯酯DMC:碳酸二甲酯倍率：指充放电的容量电极制备将样品、乙炔黑和PVDF以质量

4、比8：1：1混合，加入一定量的1-甲基-2-吡咯烷酮（NMP），在玛瑙研钵中研成浆料，涂抹在铝箔上经120℃真空干燥12h后制成正极片。电池的测试电压：0-5(V)电流强度：0-10（mV）测试步骤：LiFePO4的性质Good–enough1997首次发现LiFePO4属于正交晶系（Dzh16），属于Pnmb空间群，晶胞参数a=1.0329nm，b=0.60072nm，c=0.46905nm，每个晶胞含有4个LiFePO4单元，晶体由LiO6八面体，FeO6八面体和PO4四面体共同构成层状脚手架结构。在橄

5、榄石型M1M2PO4晶体结构中，氧原子呈六方紧密堆积排列，磷原子与4个氧原子通过共价键与P5+结合形成稳定的（PO4）3-多阴离子团，磷原子占据四面体中心位置；金属元素在M1和M2位，分别与6个氧原子形成稍微扭曲的八面体。由于八面体之间的PO4四面体限制了晶格体积的变化，使得Li+的脱嵌受到影响，造成Li+在LiFePO4材料中的扩散速率极低[16]。1.4磷酸铁锂正极材料的改性方法一种是碳包覆，另一种是少量主族或过渡金属离子掺杂，使LiFePO4中的部分铁基或锂基被掺杂金属取代N.Ravet等人研究了两种

6、碳包覆方式对LiFePO4导电性能的影响：一种是将LiFePO4粉末与糖溶液混合，于200℃煅烧炭化，再于700℃下烧结；另一种是将反应物与含碳的有机物混合灼烧。碳包覆有以下作用:阻止内部颗粒接触，防止异常晶粒长大;防止二价铁离子氧化，提高电子导电性。1.4.1碳包覆法现在金属掺杂的离子有Ca2+，Mg2+，Al3+，Mn2+，Ni2+，Ti4+，Zr4+，Nb5+，W6+等，金属掺杂能提高LiFePO4导电率的原理为金属离子取代Fe2+的过程中，LiFePO4晶格之中会出现空穴，掺杂的LiFePO4变成n

7、型半导体，电子迁移变得容易些。1.4.2金属离子掺杂法本文研究了乙醇，聚乙烯醇碳包覆LiFePO4复合材料的结构，获的了各种电化学参数；分析了硝酸亚铈掺杂/聚乙烯醇碳包覆磷酸铁锂和氧化铕掺杂/聚丙烯酸钠磷酸铁锂电极性能；研究对揭示样品材料结构、组成、形貌、颗粒尺寸大小等本征结构与电化学性能之间的关系，有重大的理论意义和潜在的工业应用价值。1.5研究内容及目的意义第二章乙醇碳包覆磷酸铁锂的合成及其性能2.1实验部分2.2结果与讨论2.3本章小节2.1实验部分2.1.1仪器及设备2.1.2药品及试剂2.1.3电

8、极材料的制备Li3PO4·1/2H2O+2FePO4·4H2O+FeC2H5OH3LiFePO4/C2.2.1LiFePO4/C正极材料的XRD表征图1LiFePO4/C样品的XRD图Figure1XRDPatternofLiFePO4/Csample2.2结果与讨论2.2.2LiFePO4/C正极材料的SEM表征(a)(b)图2LiFePO4/C的扫描电镜图，(a)×10000；(b)×20000Figure2