锂离子电池正极材料——Li-V-O氧化物小论文.doc

锂离子电池正极材料——Li-V-O氧化物 管慧文 11级2班摘要 近年来, 锂离子蓄电池因其优异的特性而受到化学电源界的极大重视。有关锂离子蓄电池正极材料的研究大部分集中在过渡金属嵌锂氧化合物上。本文对正极材料应具备的结构、性质及嵌锂氧化钒系列化合物LixVO2、LixV2O4作了简单叙述, 重点对Li1+ xV3O8 正极材料的制备方法、结构及近期研究现状进行了阐述。 关键词 锂离子蓄电池; 正极材料; 锂钒氧化物；Li1+ xV3O8 Lithium-ion Battery Cathode Material——Li-V-O Oxide Guan huiwen 11 2 classesAbstract: In recent years, lithium- ion batteries are developed rapidly because of it s excellent propert ies. Muchattention is paid to the transitional metal ox ides as the cathode materials for lithium ion batteries.The structures and properties of cathode materials, such as lithiated vanadiumox ides Lix VO2, LixV2O4are briefly described.Emphasis is focused on the preparation processes and structures of the Li1+ x V3O8 as cathode materials for lithium ion rechargeable batteries. Key words: lithium ion battery; cathode materials; lithium vanadium oxide；Li1+ xV3O8 前言 作为锂离子蓄电池的关键技术之一, 正极材料的研究开发是至关重要的。本文介绍了正极材料应具有的性质及结构, 对嵌锂氧化钒LixVO2和LixV2O4作了简单叙述, 重点对嵌锂氧化钒Li1+ xV3O8 的制备方法、结构及研究现状进行了综合评述。 1. 正极材料概述 发展高能锂离子电池的关键技术之一是正极材料的开发,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, 制备过程中的微小变化都能导致材料结构乃至性质的巨大差异。 根据其工作原理, 正极材料在性质上一般应满足[ 1~ 3] : ( 1) 在所要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; ( 2) 温和的电极过程动力学; ( 3) 高度可逆性; ( 4) 在全锂化状态下的空气中稳定性好。其结构应具有: ( 1) 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, 以使电极具有良好的充放可逆性; ( 2) 锂离子在其中尽可能多的嵌入和脱出,以使电极有较高的容量, 且在锂离子嵌脱时, 电极反应的自由能变化不大, 以使电池有较平稳的充放电电压; ( 3) 锂离子在其中应有较大的扩散系数, 以使电池有较好的快速充放电性能。 2. 正极活性物锂钒氧化物 在过渡金属元素中, 钒的价格较钴、锰等低, 且是一个典型的多价( 如V+ 2、V+ 3、V+ 4和V+ 5等) 金属元素, 这决定了钒的化学行为十分活跃, 可形成多种氧化物, 如VO2、V2O5、V6O13、V4O9 及V3O7 等。这些钒氧化物都具有一定的嵌锂特性, 它不仅能形成层状嵌锂化合物LixVO2[ 4] 及Li1+ xV3O8[ 5] , 又能形成尖晶石型LixV2O4[ 6 ] 及反尖晶石型LiNiVO4[ 7] 等嵌锂化合物。表1 给出了一些锂钒氧化物与锂钴氧化物等电极材料性能的比较。 从表1 可以看出, 锂钒氧化物有着较高的比能量, 可开发潜力巨大。从成本和环保方面考虑, 锂钒氧化物电极材料的开发具有巨大的经济效益和良好的社会效益。下面主要介绍这几种锂钒氧化物正极材料。 2.1 LixVO2 及LixV2O4 层状化合物Li xVO2 与LiCoO2、及LiNiO2 的结构类似, 为α-NaFeO2 型扭曲的岩盐层状结构。但LixVO2 与LiCoO2、LiNiO2 的性质不同, 当Li+ 离子脱嵌时, 层状的LiVO2 结构变得不稳定, 在Li1- x VO2 中, 当x 0. 3 时, 约有1/ 3 的钒离子从钒层迁入缺锂层形成