2022年锂离子电池电极材料分析研究进展 .pdf
《2022年锂离子电池电极材料分析研究进展 .pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《2022年锂离子电池电极材料分析研究进展 .pdf(14页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、1 / 14 锂离子电池电极材料研究进展.txt9母爱是一滴甘露,亲吻干涸的泥土,它用细雨的温情,用钻石的坚毅,期待着闪着碎光的泥土的肥沃;母爱不是人生中的一个凝固点,而是一条流动的河,这条河造就了我们生命中美丽的情感之景。本文由 minzetu 贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT,或下载源文件到本机查看。 第 l 0卷 第 1 期 19 9 8年 3 月维普资讯 http:/ 化学进展 Vo . 0No 1 11 . M a ., 1 9 r 8 9 PROGRES N S I CHEM I TRY S 锂离子电池电极材料研究进展 T M / 周 恒辉慈云祥北
2、京 10 7 0 8 1 ( 北京大 学化学 与分子工程学 院刘 昌炎 V ( 中国科学 院化学研究所摘 要 北 京 10 8 0 00 本 文 综述了锂离子电池中正 , 电极材料 的制备 , 负 结构与 电化学性能之 间的关系 . 正 极材料 包 括嵌锂的层 状 L i MO: 尖 晶石型 L o 和 i M 结 构 的过渡 金 属 氧 化 物 ( M c, , , , oNiMn V 负极材料包括石 墨 , 氢碳 , 碳 和金属氧化物 . 侧 重于阐述控 制锂 离 子 电 舍 硬 池 循环过程 中可逆 嵌锂容量 和稳 定性的嵌 锂 电极材料 的结构性 质 . 培 出 18 篇 参考 文献
3、. 1 关词锂子池嵌材键 离电锂 堪 螺 蛾 材 料 Pr g e si t d e f t e El c r d o r s n S u iso h e to e M a e il orLiI n te is t ra s f o Ba t re Z o e g u a n in h uH n h i Yu x a g 钮桃 :C l g f e sr & Moeua n ier g P k ies y B in 0 8 1Chn ( ol eo mit e Ch y lc lrE gn e n , e gUnvr i , ej g1 0 7 , ia i t i Li uCh n y n
4、ag a (n t u eo h mi r , eC ieeAc dmyo ce c s ei g 1 0 8 , ia Isi t f e s y Th hn s a e f in e ,B in 0 0 Chn t C t S i A t矗 t Ths p p r r ve h rhto s i e we n s n h ss sr c u e n r c i a e e iws t e e in h p b t e y t e i , tu t r s a d p o e t so n e c lt n ee to e t a ee O2a d s i e . tu t r s r p
5、ri fit r aai lcr d s wih ly r d Li e o M n pn lLiM 0lsr c u e ( = C N iM n Va a h d s n r p i M o, , , sc t o e ,a d g a ht e,ds r e e a b n a d me xd sa _ i d r d c r o n alo ie a n o o e n Li o a tre .Em p a i i o u e n t e sr cu a r p riso n e c lto d s i - n b teis i h ss sfc s d o h tu t r lp o
6、 e te fit raa i n ee to e ma e il Ih ae r lt o t e rc a g a l a a iya d sa i t u ig c lc r d t raswh c r ea e t h e h r e b e c p ct n tb l y d rn y 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 14 页2 / 14 d i cig o o s 1 8 rf r n e r ie . l fLi n . 1 ee e c sa eg v n n i Ke r s Li n b te is
7、n e c lt n ma ei l o o s a h d s n d s ywo d 4o a tre i tr aai tras fLi n c t o e a o e o i l l 自 15 年 G s nPa t 提出铅一 89 at l e o n 酸电池概念以来 , 化学电源界一直在探索新的高比能量, 循环寿命长的二次电池.1 9 年 日本 S NY 公司率先研制成功并实现商品化的锂离子 90 O 电池是在二次电池的基础上发展起来的, 它既保持了锂电池高电压 , 高容量的主要优点 , 又具有循环寿命长, 安全性能好的显著特点, 在便携式电子设备 , 电动汽车 , 空间技术 ,
8、国防 工业等多方面展示了广阔的应用前景和潜在的巨大经济效益 , 迅速成为近几年广为关注的研究热 0 一 收稿 :1 9 9 7年 3 月 , 收修改稿。1 9 年 5 月 97 维普资讯 http:/ 化学进展第 1 0 卷所谓锂离子电池是指分别用两个能可逆地嵌入与脱嵌锂离子的化合物作为正负极构成的二次电池 . 电池充 电时 , 当 锂离子从 正 极 中脱嵌 , 负极中嵌入 , 电时反之 . 在 放 需要一个 电极 在 组 装前处 于嵌锂 的状态 , 一般选 择 相 对锂而 言 电位大于 35 且在空 气 中 稳 定 的嵌锂 .V 过 渡 金 属 氧 化 物作 为 正极 , Ll C O2 0
9、 如 i o ( L O2 0 及 L MnO ( 63 ,. 化合物 , 如各种碳材料0 和金属氧化物0 . 由于用锂离子在负极中的嵌入和脱嵌反应取代金属锂 电极上 的沉积和溶解反应 , 免 了在电极表面锂的枝状晶 化 问韪 , 避 使得锂离 子 电池的循环寿命和 安全性 能远优于 二次锂 电池 . 本 文系统地评述 控制锂 离子电池性能的关键材料 电池中正负极活性材料近年来 的研 究进展 . 一 , 正极材料的制备 , 结构和性能作为正极材料的嵌锂化合物是锂离子电池中锂离子的 贮存库 . 为了获得较高的单体电池电压 , 倾向于选择高龟势韵嵌锂化合物 .般而言 , 正撂材料应满足 : 在所要
10、求的充放电电位范围内, 具有与电解质溶液的电化学相容性。 温和的电极过程动力学 。 高度可逆性。 全锂化状态下在空气中的稳定性 . 目前研究的热点主要集中在层状 LMO 和尖 i . 晶石型 LM 结 构 的化合物上 ( =C NiMn V 等过渡金属 离子 1 i O. M o, , , . 1层状 LMO 合物 . i 化 理 想 的 层 状 LMO. 构 属 三 i 结 方 晶系 , 离子以稍 微扭曲 的立方 O 一紧密堆积排列 ( 1 r , 原子处 图 M - 9 于涂 成阴影的八面 体 层 , 工而 原子处 于 无阴影的 八面体层. 这类 层 状 化 合 物 作 为 锂 离 子 电
11、 池 的正极 材 料 , 键 是 在 L 离 子 的 脱 嵌精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 14 页3 / 14 与 嵌 关 i 入 过 程 中 结 构 变 化 的 程 度 和 可 逆性. ( Co 1 Li O2 最 早用于 商 品 化 的锂离 子 电池图 l 层状 LMO i 化舍 物的结构示意图中 的正极为 LC O2 用 L O3 io - r , i C 或 LO i H与 C C 等钴盐混合在 90 2 o O. 0 烧制而成 , ( 但其容量较低 , 循环性能较差 . oho等 0_ Y si 8 用钴的有
12、机酸络合物作为原料制备的 LC O , i 由于原料的混合是在分子水平上进行 , o 可逆容量为 1 2 h 一, 3mA g 循环性能也得到改善 . 该化合物制备相对简单 , 有高达 4 5 的工作 .V 电压 , 在充放电过程中 ,i o L C O 发生从三方晶系到单斜晶系的可逆相变0 但这种变化只一 , 伴 随很少的晶胞参数变化 , 有 良好的可逆性 . 故 但 是 ,i C O L o 的容量 一 般被限制于 1 5 2mAh 一, g 否则 , 充 电将导 致 不可逆 容 量 过损失和极化电压增大 , 且其价格高 , 有毒 . 因此 , 随着价廉而性能优异的正极材料研究的深 入 ,
13、o 的使用量 将逐渐减 少 . LC O 维普资讯 http:/ 第 1 期 ( VO2 2 Li 周恒辉等锂离子 电弛电极材料研究进展钒的价格较钴低 , 亦能形成层状化合物0 但与 LC Oz , io 不同 . 当 u 离子脱嵌时, 层状的 LVO 变得不 稳定 , L VO: , Ni 3 Li O2 镍与钴的性质相近 , 价格比钴低 , i i LN O 是继 LC O 后研究较多的层状化合物口 蜘. io : 一般 是用锂 盐与镍 盐混合 在 7 0 5 固态反应制备 .LNi 0 80c 经 i O:目前的最大容量为 , 10 A g 工作电压范围为 2 5 .V, 5m h ,
14、. 4 1 不存在过充电和过放电的限制, hu u 认为 O zk 这 是锂离子电池中最有 前途的正极 材料之一 . 与 L C O 一样 , i o. 在充放电过程中 L C O 也发 生从三方晶系到单斜晶系的可逆 i o. 相变 0 .L 子 的嵌入与 脱嵌通 常发生 于 z 一 0 6 此 范 围 内 L Ni 的晶胞体积减 i离 O . , i O. 少约 2 7 , . 这种较小的变化使得 n 离子在该电极上的嵌入与脱嵌有良好的可逆性. 尽管 LNi 作为锂 离子电池的正极材料有许多优于 LC O 处 , LNO: i O io 之 但 i i 的实际应用还受到限制 . 这主要是因为
15、制备三方晶系的 LNO 时容易产生立方晶系的 LN O , i 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 14 页4 / 14 i ii 特别是当热处理温度大于 90 时, i O 将全部以立方晶系形式存在I , 0 c LNi 】而在非水电解质溶 液中 , 立方晶系的 LN O 无电化学活性 . LNO. ii. 故 i i 的制备仍吸引着众多的研究者, og r R ui e 等 利用样品的粉末 x衍射图, 磁性质联合监测合成条件对 LNi 组成的影响 , i O. 制备出了组成为 L N . . i 0 的样品 .O zk
16、等 用掺杂部分钴原子的方法制备 LN C hu u ii oO 复合正极 , 想借此稳定 LN O 的结构 . 但其电化学性能比单独的 LNO 或 LC O 差 . i i i i. io . ( Mn 4 Li O2 由于锰的来源广泛 , 价格不到钴的 1 %, O 且低毒 , 回收 , 易 各种嵌锂的氧化锰 备受重视 .层状的 LMn 一般用层状 的岩盐结构化合物 L: O.L O i O. i Mn ( i O Mn 酸处理制备 2 .与 LC O: 同 , 种 LMn 属 于正交 晶系在 2 5 4 3 之间充放电, 逆 容 io 不 这 i O: .- .V 可量为 20 A 0m
17、hg 左 右口 , 过 第一次 充电 , 交 晶 系的 LMn : 变为尖晶石型 的 经 正 i O 转 L Mn i . 口 . 因这种 LMn O i O 在空气中稳定 , 而尖晶石型的L : 在空气中不稳定 , i O. Mn D h 等3 a n 3认为这可作为尖晶石型 L . z i MnO 的前体 . 结构类似于 LC O2 io 的层状 LMn 最近由 A m t n i O2 r s og等用 离子交 换法从层状的 r N Mn 制得 . 4 3 .V之间低电流充放电时 , a O. 在 . 34 可逆容量高达 20 h , 7mA g 最为有趣的是在 3 V左右并不转变为尖晶
18、石型的 L , i O.即在充放电过程中具有良好的结构稳定 Mn 性, 这将成为今后新一代锂离子电池正极材料研究的新热点之一 . 2 尖 晶石型 LM, . i O. 尖晶石型的 LM ( i O. M=Mn C , , V等 M. . o 中 o 骨架是一个有利于 L i离子扩散的四面体与八面体共面的三维网络 ( 2E 氧原子作立方紧密堆积 ,5 的 M 原子交替地位于图 , 7 立方紧密堆积的氧层之间, 余下的 2 的 M 原子位于相邻层 , 5 因此 , 在脱锂状态下 , 有足够的 M 阳离子存在每一层中以保持氧原子理想的立方紧密堆积状态. ( Co O4 1 Li 2 4 02 0 左
19、右制 备 的 LC , 构 类 似 于尖晶石型 的 LMnO _ 其 放 电电压约比层状 ( ioO.结 i 3 , 维普资讯 http:/ 化学进展第 l O 卷的 LC O 低 0 5 循环性能差 , io . V, 主要是因这种 LC z 并 非理想 的尖 ioO 晶 石 结构 . 当地用酸 处理 , 以 改 适 可 善 LC 的循环性能 口 由于价 ioO . 格 方 面 的 原 因 , 晶 石 型 LC 尖 ioO. 的研究 不 会 有 更 多 的 发展 , 钴 作 但 为 其 它尖晶石嵌锂 化合物 的掺杂元素可能是很有 意 义的 ( V2 2 Li O 与 LI 类 似 , 晶 石
20、 型 的 vO 尖 LV 作 为 正 极 , 锂 的 脱 嵌 过程 i O 在精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 14 页5 / 14 图 2 尖 晶石型 L. t M . 的结构示意图中, 结构从尖晶石型变成有缺陷的岩盐型 , 约有 19 的钒离 子 从 富 钒 / 层进入相邻层而破坏了供锂离子扩散甩的三维空间, 而限制了该化合物的应用 . 然而 , 由于价格上的优势 , 嵌锂的氧化钒仍受到人们关注_ 用新的制备方法 , 3 3. 8 采如 模板合成法0 , 水热法 0 , 以及掺其它金属离子或导电高分子材料 , 以设法稳
21、定脱锂状态下的晶体结构及其充放电的可逆性 , 将是推动嵌锂氧化钒在锂离子电池中的实际应用最 有希望 的途径 ( i n 0 3 LM 2 LMnO i . 是尖晶 石型嵌锂化合物的典型代 表 , 众 多的研 究者对 其进行 过 广泛而 深 入 有 的 研究 : . 因为在加 热过程 中易失 去氧而产生 电化学性能 差 的 缺氧化合 物 使高容量 的 , LMnO 的制备较复杂 , i 现在常用的合成方法有多步加热固态合成法法 , 沉淀法_ P c ii _ J 6 , ehn 法 6 . 】 2 , 溶液一凝胶当 - 0到 1 范 围内变化时 , i 有相对于 L / i r在 L O. Mn
22、 i L 电对 4 的 电压平台 , 此 范 V 在 围充放电, i . L 0 体积膨胀和收缩对晶格参数影响较小 , Mn 能保持尖晶石结构理论容量为 18 A g 实 际容量一般在 10 h 以下口 . 容量的逐渐损失主要来自离子 4 m h 一, 2mA g 锂 完全脱嵌困难和 L Mn0 的溶解 若深度充电 , L . . 锂离子可以进一步嵌入 L i 0 中, Mn 出现了 3 左右的另一个电压平台, V 对应的组成是 l 2 此时由于Jh ee 效应导致 循 环容量下降很 小 , 比 .5, 但容 量 仅为 10 0mAh _. 利 用掺杂其它 金 属 离子 , Ge c , e
23、c , , n Mg等 , 定 g. 如 , rF , o NiZ , 稳 LMn0 的尖晶石结构是目前解决循环容量下降的最有效方法 i .最近 A ie m n 等 用溶液一凝胶法制备的掺少量 N 的 L. Mn i 0 仅有一个 3 电压平台 , 1 i N. . + V 充放电时可以维普资讯 http:/ 第 1 期周 恒辉等锂离子电池电极材料研究进展保 持 立方尖 晶石结构不变 , 且循环性能好 , 比容量达 10 mAh . 因此 , 们认为尖晶石 6 g 我 型特 别是掺 杂 型 LMn0 制 备及结构与 性 能 关系研 究可能是 一 个具有 重 要 理 论 意 义 和 i . 的
24、应 用前景 的发展方 向. 二 , 负极材料的制备 , 结构和性能精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 14 页6 / 14 锂 离 子 电池能否成 功应用 , 关键在于能 可逆地嵌 入脱嵌锂离 子的负极材 料 的制备 . 类 这 材料要求 具有 : 在锂离子的嵌入反应 中 自由能变化 小 锂 离子在负极的固态结构 中有高 的扩散率。 高 度可逆的嵌 入反应 有良好的电导率 。热 力学上稳定 同时与电解质 不发生反 应 . 目前 , 究工作 主要集中在碳材 料 4zT 和 具有特殊结 构的其它化合物 研 s.-s .? 1碳材
25、料 . . 早在 17 年 , 93 就有人提出以碳作为嵌锂材料 , 并在许多电解质体系中进行研究 .但是 , 于 其 嵌 锂 过 程 伴 随 着 溶 剂 共 嵌 入 或 引 起 溶 剂 分 解 , 的 嵌入 量 有 限 , 极 不 稳 由 锂 且 定 . 没有 引起重视 . 直 到 19 ,ONY公 司以石油焦炭作 为负 极 , 使锂离子电池的 , 0年 S 9 才 研 究进入 实用化 阶段 , 从而 引发世 界范围 的研究热潮 . 目前 , 在锂离子电池中具有实用价值或应用前景的碳的研究主要集中于 3 种碳 : 加热软碳至 24 0 以上得到的高度石墨化的碳, 0 C 可逆嵌锂容量在 30
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 2022年锂离子电池电极材料分析研究进展 2022 锂离子电池 电极 材料 分析研究 进展
限制150内