2022年锂离子电池正极材料的分析研究现状和展望.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 本文由兰大材料物理奉献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳；建议您优先挑选TXT,或下载源文件到本机查看；维普资讯 第 卷 第 期 年 月化工技术与开发 锂 离 子 电池正 极 材 料 的研究 现 状 和展 望曹艳军, 龙翔云 , 云峰程 广西高校化学化工学院 , 广西 南宁摘） 要：介绍 了锂离子 正极 材料氧化钴锂、 氧化镍 锂、酸铁 锂等的研 究开发觉状 , 磷 对其特性进行 了总结；文献标识码： 文章 编号： ） 关键词： 锂离子 电池； 正极材料； 容量中图分类号： 锂离子 电池是以 种不同的能够可逆地插入及 脱出锂离子 的嵌锂化合

2、物分别作为电池 的正极和负 极的 次电池体 系；充电时,锂离子从正极材料的 晶格中脱出,经过 电解质后插入到负极材料 的晶格 中,使得负极富锂, 正极贫锂； 放电时锂离子从负极 材料 的 晶格 中脱 出 , 过 电解 质 后插 入 到 正 极材 料 经的晶格中,使得正极富锂, 负极贫锂；这样正负极材 料在 插入及 脱 出锂 离子 时相 对 于金 属锂 的电位 的差 值,就是电池的工作 电压【 ； 锂离子 电池是性 能杰出 的新一代绿 色高能电 池 已成为高新技术 进展 的重点之一；锂离子电,池具有以下特点： 高电压、高容量、低消耗、无记忆效 应、无公害、体积小、内阻小、自放电少、循环次数多；因

3、其上述显著特点, 锂离子电池已应用到移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机等众多民用及军事领 域；另外, 国内外也在竞相开发 电动汽车、航天和储 能等方面所需的大容量锂离子电池【 锂离子 电池 的 主要 构 成 材 料 包 括 电解 液 、 隔离 层 状或 隧道 结 构 , 以利 于锂 离 子 的脱 嵌 , 且在锂离子脱嵌时无结构上的变化, 以保证 电极具有良好 的可逆 性 能 ； 锂离子在其中的嵌入和脱出量大,电极有较 高的容量, 并且锂离子脱嵌时, 电极反应的自由能变 化不大, 以保证电池充放电电压平稳； 锂离子在其 中应有1 / 9 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共

4、 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 较大的扩散系数, 以使电池有 良好的快速 充放电性能；锂离子 电池一般选用过渡性金属氧化物 为正极材料；一方面过渡金属存在混合价态, 电子导电性 比较 抱负, 另一 方 面不易发 生 歧 化 反应；理论 上 具有层状结构和尖 晶石结构的材料, 都能做锂离子 电池的正极材料, 由于制备工艺上存在困难, 但 目前 所 用 的正极 材料仍 然 是钻、 、 的 氧化 物 , 镍 锰 常见 的正极 材 料 有 ： 化 钻 锂 ）氧 化 氧 、 镍锂 、 ）氧化 锰 锂 ）钒 的氧化物 ）；另 和 外仍 显现 了一 些 新 型 的正 极材 料 ,

5、正极 如 膜、正负极材料等；正极材料占有较大比例 正负极 材料的质量比例 为 ：）因此正极材料 的性： , 能直接影响着锂离子 电池的性能, 其成本也直接决 定电池成本高低 ；材料和导电聚合物正极材料； 氧化钴 锂 ） 有 种 物相, 具即层 状 结 构 相 、 晶石 尖型结构相和岩盐结构相；目 前在锂离子电池中应用 正极材料正极材料在性质上一般应满意以下条件： 在要求的充放电电位范畴, 与电解质溶液具有相 容性 ； 温 和 的电极 过程 动力 学 ；最多 的 是 层 状 其 理 论 容 量 为 , . 实际容量 优点为： , . ；其 工作电压高, 充放电电压平稳, 适合大电流放 电,比 能

6、量高, 循环性能好 循环寿命 已达 次） ；缺 点是： 实际 比容量仅 为理论容 量的 左右, 的 钻 利用率低, 抗过充电性能差, 在较高充电电压下 比容 量快速降低；另外钻资源匮乏, 价格高,因此在很大 程度上限制了钻系锂离子 电池的使用范 围,特殊是 高度可逆性； 在 全 锂化 状态 下稳 定性 好 ；其 结构 具 有 以下特 点 ：作者简介： 曹艳军 ）女, 一,广西 高校 化学化工学院, 硕士 , ： 收 稿 日期 ： 维普资讯 第 期曹艳军等： 锂离子电池正极材料的讨论现状和展望 在电动汽车和大型储备电源方面受到限制；为了改善 的电化学性能并降低成本, 通 常采纳的方法有 种, 一

7、种是采纳高温 固相合 成法 制备 , 但所 得材料 的电化 学性能不易掌握；其次种方法是掺杂, 如采纳 、 、 等元素对 、 进行掺杂取代, 以稳固层状结构【2 / 9 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - ；在 电极材 料中如存在 或 可提高电极导电性, , 有利于电极活性物利用率 和快速充放 电性 能的提高； 引入过量 的锂 , 可增 加 电极 的可逆 容量 ； 氧化镍锂 存在多种结 构形式, 中单斜 晶系 的 其 和正交 晶系的 具有层状材料 结构特征 , 并具有 比较优 良的电化学性能；对 于层 状结构 而言,抱

8、负的层状化合物 的电化学 行为要 比中间型的材料好得多；因此如何制备稳固 的 层状结构, 并使 之具 有上千次 的循环寿 命而不向尖晶石结构转变是急需解决 的问题； 具备 橄 榄 石 晶 体结 构 , 理论 容 量 为 也 是 层 状 结 构 其 理 论 容 量 与 , 接近 , . , 为 ； 实际容量 已达到 ；而且价格廉价, . , 储量多, 自放 电率 低,对环境无污染；但也存在着一些缺点,如难合成 ； ,有相对 于锂金属负极 的稳固放电平 台 , 是近期讨论的重点替代材料之一,与同类电极材料相 比,具有原料资源丰 富, 价格廉价, 无吸湿性 , 无毒 , 环境友好, 热稳固性好, 安

9、全性 高等优 点 ；它在充 电状 态 的稳 定 性 超 过 了层 状 的过 渡 金属氧化物, 这些优点使得它特殊适用于动力电池 材料；目 前存在的问题是低电导率及由此而产生的 可逆容 量 的 问题；计量 比产 物 , 环容 量 衰退 较 快 , 稳 定性 较 差 循 热 等 , 这就是 前 仍没有在商业锂离 子电 目池 中得 到 广泛应 用 的 主要原 因；为明白决 存在 的问题, 很多讨论者进行 了广泛的探究并提 出了一系列解决问题 的方法, 这些解 决 办 法 可 以归 结 为 类 ： 是优 化 合 成 条 一 件 二是对 , 进行掺杂改性；在优化 目前人们主要采纳 固相法制备 粉体 ,

10、除此之外, 仍有溶胶凝胶、 水热法等软化学方法, 这些方法都能得到颗粒细、纯度高的 粉体；改善 性能 的方 法 有 ： 杂金 属粉末 掺合成条件方面比较有效的方法 是 ： 在流淌氧气 中 合成； 采纳低温合成工艺 ； 在原料 中添加过量的 锂；采纳预氧化技术将二价镍氧化成三价或直接用三价镍做原料；但是仅靠优化合成条件不能从根 本上解决 循环性能差和热稳固性差的问题； 利用掺杂改性的方法, 常用 的掺杂金属有 、 、 、 和碱土金属 、 , 、 等 同时掺入 、 、 铜或银）掺杂金属离子, 高温状态下的电化 学循环等, 些方 法都 可 以提 高 的 电导 这 率,增加可逆容量； 钒 的 氧化物

11、锂钒氧化物以其高容量、 低成本、无污染等优3 / 9 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 点成为最具有进展前途的锂离子正极材料；由于钒的 , 、 等 有利于提高综合性能, 改性的是 进展 方 向 ； 锰 的 氧化物多价 , 可形成 、 及 等多 、 、 种钒氧化物,这些钒氧化物既能形成层状嵌锂化合 物 及 , 又能形成尖晶石型 及反尖晶石型的 等嵌锂化合物； 纳 M 正极 材 料由于锰资源丰 富,价格低廉, 无毒无污染, 被视 为最具进展潜力 的锂离子电池正极材料【 引；锰的氧化物存在尖 晶石型 的 和层状 种类型；尖

12、晶石型的 具有安全性好, 易合 成等优点, 目前讨论较多的锂离子电池正极材料 是 之一；但 存在 效应【在 充 , 作为锂离子电池用的纳 M 正极材料, 纳 M 尖晶 石 、 钡镁锰矿型 纳 M 纤维 、 聚吡咯包 覆尖晶石型 纳 M 管 、 聚吡咯 纳 M 复 合材料, 其高间隙率为锂离子 的嵌入和脱 出及有机 溶剂分子的迁移供应 了足够的空间；目 国内的研 前 究机构 已开发合成 了钡镁锰 矿型纳 M 锰氧化物、钡 镁锰矿与水羟锰矿型复合层状纳 M 锰氧化物； 导电高聚物正极材料 锂离子 电池 中除了用金属氧化物作为正极材料 外,导电聚合物也可 以用作锂离子电池正极材料；目前讨论 的锂离子

13、电池聚合物正极材料有：聚放电过程中易发生结构畸变, 造成容量快速衰减, 特 别是在较高温度 的使用条件下 , 容量衰减更加突出；三价锰化合物 是近年来新进展起来的一种锂离子电池正极材料, 具有价格低, 比容量高 理论比容量 . , ； 实际比容量已达到 . 以上）的优势；维普资讯 化工技 术与开发第 卷 乙炔、聚苯、 聚吡咯、聚噻吩等, 它们通过 阴离子的掺 杂、脱掺杂而实现电化学过程；但这些导 电聚合物 的体积能量密度 比较低, 另外反应过程 中所需 的电解 液体积较 大 , 因此难以获得 高能量密度；等 锂 状 , ） ： 易惠华, 戴永年, 代建 清 , 离子电池正极材料的现与进展云南化

14、工, ） , ：4 / 9 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 张世超 锂离子电池关键材料的现状与进展产业透 视 , , 利用硫的氧化仍原反应实现电化学过活性聚硫化合物是另一类聚合物正极材料程 ；其中二巯基一 吴宇平, 荣春 , 万 姜长 印 锂离 子二 次电池 京 ：北化学工业 出版社, 噻二脞 ） 比能量方面有着优势, 在 但其在室温下的 电化学 氧 化 仍原 过 程 较 慢 , 以不 能 满 足 大 所 李景 虹 进 电池 材料 京 ： 先 北 化学 工业 出版社, 电流放 电的要求；利用导电聚合物如聚苯胺等对其

15、 其鲁 中国锂二 次 电池 正极材料 的进展 趋势 和产 业特 点新材料产业, ） ,： 李 运姣, 王晨生, 召明 孙 锂离子 电池正极 材料 和 的研 究进 展 稀 有 金 属 与 硬 质 合 金 , , ： ）改性 , 达到分子水平的偶合, 可使其 电极 容量达 到 . , 表现 出 良好 的发 展前 景 ； 正 极 材料 的展 望 ）正极 材 料 中 在 今 后 仍 然 有 发 展 潜 力 , 对 的讨论 已较 为成熟, 且 具有 良 庞明, 甘学锋 掺杂 对 的结构 和 电化 学性 能的影响安徽化工, ） , ： 唐致远, 刚 , 李建 薛建军, 的制 备与改 性的 等 探讨电池,

16、： , ） 林 传 刚 ,晓 干 , 卫 华 离 子 电 池 正 极 材 料 李 仇 锂 其 掺 杂化 合物 北 京 科 技 大 学 学 报 , 及 , ： ） 好的电化学性能和 的工作 电压 , 虽然其实际 容量只有理论容量的 , 但在 短期 内仍将 是市场的主流产 品； 与 电解液 的相容性 不 抱负是需要解决 的 问题, 而且 钴储量有 限 , 价格较 高； 有储量和价格上的优势, 但需要解决工 作 电压低和不简单制备的问题； 有多方面 的优势,但它也存在着与电解液的相容性不佳, 高温 容量 衰减 突出 的问题；近期 的主 要正极 材 料仍 然是 过渡金属氧化物及其系列复合材料； ）结

17、构稳 定 、 环 性 能 优 异 的 聚 阴离 子 型化 循 合物是一类很有前途的锂离子电池正极材料, 但是 其 电化学性 能 受 到较 差 的 锂嵌脱 动 力 学 的 限制, 仍 有很 大 的讨论 空 间 ； ） 在以后的几年中高能量密度 的聚合物正极 材料 以及有机硫化物和无机硫化物将成为锂离子电池的新一代正极材料；参考 文 献 ： 闫时建, 田文怀, 其鲁 离子 电池正 极材料 钴酸 锂近 锂 期研制进 展 兵 器 材料 科 学与 工 程 , ） , ： 曹 文玉,惠敏,顾 翟玉 春,锂 离 子 电池 正 极 材料5 / 9 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 9 页

18、精选学习资料 - - - - - - - - - 等 的制备与 修饰材料与 冶金学 报 , , ） ：等 高 德 淑, 苏光 耀 , 肖启 振 , 锂 离子 电池 正 极材料的讨论进 展 电池工 业 , ： , ） 贺慧, 程璇, 张颖, 合成 气 氛对 等 性 能的影响电源技术, ） ,： 刘 进 , 李碧玉, 吴绍华, 等 锂锰 新型 电池材料 的研 究 与开发湿法 冶金, ）, ： , , , ： ） 钟参 云, 曲涛 , 田彦文 锂离 子 电池 正极材料 的讨论进展 稀有金属与硬质合金 , ）, ： , , 张 爱 波 , 建 睿 , 卫 东 离 子 蓄 电池 正 极 材 料 刘 黄

19、锂 一 的讨论 进展 电源技术, ） , ： , ： 一 施志聪, 杨勇 聚阴离子 型锂离子 电池正 极材料 讨论 进展化学进展, ） , ： 温兆银 二次 电池 的现 状与 进展 新 材料 产业 , 锂 下转第 页）维普资讯 第 期韩毅等 ： 生物柴油的进呈现状及新技术 ,；,； , 印 ： 锄 , ） 6 / 9 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - ） , ： ,？ , , , ： ： , ,） , , , , , , , 鼬 , 叩 打 , 7 / 9 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - ： ； , ） 卜 ； , , , ） , ： ； , , , ； ,8 / 9 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - ： ； ； 上接第 页） , , 培 , ） , , ： ； ； ： 1 9 / 9 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 9 页