锂离子电池正极材料的研究进展.pdf

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1、贺慧等=锂离子电池正极材料的研究进展667。锂离子电池正极材料的研究进展贺慧1!程璇2!张颖1!杨勇2(1.厦门大学材料科学与工程系9福建厦门361005$2.厦门大学化学系9固体表面物理化学国家重点实验室9福建厦门361005>摘要!研究与开发新型的电池正极材料是锂离子电池研究法水热法共沉淀法溶胶-凝胶法等中的一项重要内容!目前正极材料的研究主要集中于3种富锂2.1.1固相反应的金属氧化物LiCOO2"LiniO2和LiMn2O4#本文主要介绍了固相合成是通过固体原料来治的陶瓷粉体的一种制备方锂离子电池正极材料的合成方法!同时比较了几种不同电极材法9是目前在科研和工业化

2、中主要采用的一种陶瓷粉体制备方料的结构以及电化学性能!指出了其工作特点和存在问题!并法由于该方法主要采用机械手段进行原料的混合及细化9易对该领域的研究现状进行了简要的综述#本文还介绍了锂离导致原料微观分布不均匀9使扩散过程难以顺利地进行9同时9子电池正极材料计算研究的进展#利用VASP软件包可计算[3]在机械细化过程中容易引入杂质9损害陶瓷的性能形成能"相图"电压和材料的晶体结构参数及态密度等#例如9用固相合成制备LiniO2时9很难得到准确化学计量关键词!锂电池"正极材料"合成方法"第一原理比的LiniO29得到的往往是化学计量偏差比较大的Li1-中图分类号!TM912.9文

3、献标识码!A[5]9从而使电化学性能下降ni1+O2文章编号!1001-9731#2004$06-0667-05相比较而言9用水热法共沉淀法溶胶-凝胶法等化学方法1引言制备粉体时9可以得到纯度高9颗粒粒径小分布较窄且烧结性能好的粉体1987年加拿大MOli公司研制成功了第一种商品化锂二次2.1.2水热法电池1990年日本SOny公司开发出了锂离子电池锂离子电水热合成技术是指在高温高压的过饱和水溶液中进行化池具有比能量高功率密度高循环寿命长自放电小性能价格比高污染少等优点9是当今便携式电子产品的可再充式电学合成的方法它属于湿化学法合成的一种利用水热法合源的主要选择对

4、象成的粉末一般结晶度高9并且通过优化合成条件可以不含有任锂离子电池是由两个能可逆的嵌入与脱嵌的锂离子的化何结晶水9而且粉末的大小均匀性形状成份可以得到严格合物作为正负极构成的二次电池充电时9锂离子从正极中脱的控制水热合成省略了煅烧步骤9从而也省略了研磨的步嵌9在负极中嵌入9放电时反之因此9需要一个电极在组装前骤9因此粉末的纯度高9晶体缺陷的密度降低但是水热法对处于嵌锂状态一般选择相对而言电位＞3.5V且在空气中稳于锂电池来说9并不是很好当用水热法以COOOH为前驱体定的嵌锂过渡金属氧化物作为正极9负极材料则选择为电位尽合成LiCOO2时9研究表明9在160C的高压釜中反应

5、48h9可以可能接近锂电位的可嵌入锂的化合物9如各种碳材料和金属氧从混合物得到单相的LiCOO2但其循环性能并不好9需要在高化物由于用锂离子在负极的嵌入和脱嵌反应9代替了金属锂温下热处理9提高其结晶度后9LiCOO2的循环性能才得以改善电极上沉积和溶解的反应9避免了在电极表面锂的枝状晶化问对于LiniO29ni在溶液中难氧化9所以关于LiniO2湿法合成题9使得锂离子电池的循环寿命和安全性能远优于二次锂电研究较少为了提高其均匀性9有人开发了用naniO2或池[1]niOOH与LiOH等进行离子交换或水热合成制备LiniO29尽基于锂离子电池特殊的工作原理9在充放电过程中9即锂管

6、在低温能得到单相的LiniO29但其充放电性能与空气稳定性离子的嵌入和拖嵌的过程中9正极材料需保持结构基本不变均不理想9在600800C的高温处理才能得到性能良好的不产生新相以及具有很好的可逆性因此尽管理论上能脱嵌[31]LiniO2锂的物质很多9但是能实际应用的物质并不多锂离子电池能2.1.3共沉淀法否实现商业化主要取决于性能和价格虽然锂离子电池炭负共沉淀法一般是把化学原料以溶液状态混合9并向溶液中极材料的比容量和循环性能均可达到较高水平(300mA-h/加入适当的沉淀剂9使溶液中已经混合均匀的各个组分按化学g>9但正极材料的比容量较低(130mA-h/g>9且又需要额外负

7、计量比共沉淀出来9或者在溶液中先反应沉淀出一种中间产担负极的不可逆容量损失9因此正极材料的研究与改进一直是锂离子电池研究的关键问题[2]物9再把它煅烧分解制备出微细粉料的产品传统的固相合成技术难以使材料达到分子或原子线度化学计量比混合9而采用2锂离子电池正极材料的实验研究共沉淀方法往往可以解决这一问题9从而达到较低的生产成本制备高质量陶瓷材料的目的[4]如用沉淀剂naOH加入到2.1锂离子正极材料的合成方法目前锂离子电池正极材料的合成方法主要有=固相合成LiOH-H2O和ni1-CO(OH>