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锂离子电池材料的研究及进展 前言：锂离子电池作为必威体育精装版一代蓄电池，具有比能量高、工作温度范围宽、存储寿命长、工作电压高且平稳、无记忆效应、环境友好等特点，已广泛应用于移动电话，笔记本电脑、小型摄像机等电子设备中。发展高能锂离子电池关键技术之一是其材料的研发。下面主要介绍锂离子电池的正极材料，负极材料，电解质的研究及进展。 理想的锂离子电池电极材料(即锂离子嵌基材料) 1、在整个电极过程中，G值的变化要小，以保证电极输出电位的平稳；对于正极材料，要求 |G|较大，以提供较高的电极电位。 2、充放电过程中结构稳定，可逆性好，保证电池的循环性能良好。 3、锂离子在电极材料中的扩散系数高，以确保电极过程的动力学因素，从而使电池适用于较高的充放电倍率，满足动力型电源的需要。 4、电极活性物质的电化当量小，并且可以可逆脱出的锂离子量要大，以保证电极材料具有较高的能量密度。 5、材料的振实密度大，以保证材料具有较高的体积比容量。 6、在电解液中的化学稳定性好，溶解度低。 7、具有较高的电子导电性。 8、材料合成容易。 9、资源丰富，价格低廉，对环境无污染。 锂离子电池正极材料 锂离子电池正极材料在改善电池容量方面起着非常重要的作用，在所要求的充放电电位范围内，正极材料应具有与电解质溶液良好的电化学相容性，温和的电极过程动力学和高度的可逆性。 ① 具有较高的电极电势，从而使电池的输出电压高 ② 嵌入化合物单位单元可容纳大量锂以得到较高容量 ③ 氧化还原电势随锂含量的变化小，电池电压随充电状态不同的变化小 ④ 较好的电子电导率和离子电导率，减小极化，降低电池内阻，满足大电流放电需求 ⑤ 分子量和摩尔体积小，从而使电池的能量密度高 ⑥ 锂嵌入和脱嵌可逆性好，主体结构没有或很少发生变化，循环寿命长 ⑦ 无溶剂共嵌入，不与电解液发生反应 ⑧ 成本低，易制备，无环境污染 锂离子电池的正极材料不仅是电极材料，而且也是锂离子源。 锂离子电池用正极材料主要是锂与过渡金属元素形成的嵌入式化合物，根据材料中阴离子的种类，正极材料可以分为氧化物、聚阴离子化合物、硫化物和氟化物。其中，以氧化物为主，主要有层状LixMO2结构和尖晶石型LixM2O4结构氧化物（其中M = Co, Ni, Mn, V, Cr, Fe等过渡族金属）。 1、钴酸锂LiCoO2 LiCoO2是目前商品化锂离子电池中最常用的正极材料。在可逆性、放电容量充电效率、电压的稳定性等各方面综合性能最好。但钴是一种战略元素，全球的储量非常有限，其价格昂贵而且毒性大，因此以LiCoO2作为正极物质的锂离子电池成本偏高。尽管 LiCoO2的理论可逆容量可达到274mAh/g，但由于在充放电过程中，Li+的反复嵌入与脱出会造成 LiCoO2的结构在多次收缩和膨胀后发生从三方晶系到单斜晶系的相变，同时还会导致 LiCoO2发生粒间松动而脱落，使内阻增大，容量减小。 实际使用时，只有部分锂能够可逆地嵌入和脱出， Li1-xCoO2的容量一般被限制在120-150 mAh/g左右，x=0.5时，相当于140 mAh/g的容量。LiCoO2过充后所产生的CoO2对电解质的催化活性很强，同时，CoO2的 起始分解温度很低（约240℃），放出的热量大（1000J/g）。因此以LiCoO2作锂离子电池正极材料亦存在严重的安全隐患，只适合小容量的单体电池单独使用。 目前研究集中在提高 LiCoO2的容量、改善其循环性能、降低成本。采取了以下多种办法： (1) 加入 Ni、Mn、Al、 In、 Sn等元素来替代Co用以改善其循环过程。过过渡金属改善了正极材料结构的稳定性，而掺杂非过渡金属灰牺牲正极材料的比容量。 (2) 引入 P、 V等杂原子以及一些非晶物如 H3PO3、SiO2、SB的化合物等，可使 LiCoO2的晶体结构部分发生变化，以提高 LiCoO2电极结构变化的可逆性，从而增强循环稳定性和提高充放电容量。 (3) 通过表面包覆等手段对 LiCoO2表面进行修饰，提高 LiCoO2在高电位 (4.5V)下的循环性能。 (4) 与 LixMnO2共混制成共混电极，可以抵消两种材料在嵌锂时不同的体积效应。 2、镍酸锂LiNiO2 相对于金属钴而言，金属镍要便宜得多，世界上已探明的可采储量约为钴的14.5倍，而且毒性也较低。由于Ni和Co的化学性质接近，LiNiO2和LiCoO2具有相同的结构。两种化合物同属于∝-NaFeO2型二维结构，适用于锂离子的脱出和嵌入。LiNiO2理论容量为274mAh/g，实际容量高达190～210mAh/g，工作电压范围为2.5～4.1V。 LiNiO2不存在过充电和过放电的限制，具有较好的高温稳定性，其自放电率低，污染