第三章锂离子电池材料分解.ppt

Battery Materials for Ultrafast Charging And Discharging The storage of electrical energy at high charge and discharge rate is an important technology in today’s society, and can enable hybrid and plug-in hybrid electric vehicles and provide back-up for wind and solar energy. LiFePO4 has been considered the most possible candidate of cathode material for Lithium Ion Battery systems to take place in large-scale application, but the intrinsic low Li+ ion diffusion constant and low electron conductivity hindered its development. Here, Byoungwoo Kang Gerbrand Ceder in MIT developed a strategy to synthesis cathode material for lithium battery with extremely high Rate performance, by creating a fast ion-conducting surface phase through controlled off-stoichiometry. A rate capability equivalent to full battery discharge in 10-20s can be achieved, which is similar to or higher than the power density in Supercapacitor. nature 2009 March 12 Vol 458 page：190-193 LiFePO4的合成方法 固相合成法 固相合成法是制备电极材料最为常用的一种方法 。Li源采用碳酸锂、氢氧化锂或磷酸锂；Fe源采用乙酸亚铁、乙二酸亚铁、磷酸亚铁；P源采用磷酸二氢铵或磷酸氢二铵，经球磨混合均匀后按化学比例进行配料在惰性气氛(如Ar，N )的保护下经预烧研磨后高温焙烧反应制备LiFePO4。 水热法 水热法也是制备LiFePO4较为常见的方法。 它是将前驱体溶成水溶液，在一定温度和压强下加热合成的。 以FeSO4、H3PO4和LiOH为原料用水热法合成LiFePO4。其过程是先把H3PO4和FeSO4溶液混合，再加入LiOH搅拌1 min，然后把这种混合液在120°C保温5 h、过滤后，生成LiFePO4。 目前由于磷酸铁锂结构中没有连续直接的锂离子通道，使得离子迁移率低。结构中没有连续的FeO6八面体网络，电子只能依靠Fe-O-Fe传导，电子导电率低。 问题的解决主要是通过Mg、Al、Ti、Nb和W等元素掺杂，人为制造结构缺陷，来提高离子迁移率和电子导电率。目前经掺杂后离子迁移率和电子导电率均得到大幅度提高，达到了使用要求。其中，电导率提高了8个数量级，高于LiCoO2。 主要存在的问题及主要解决办法 钒系正极材料 目前，锂钒化合物系列已引起了人们的关注。钒为典型的多价（V2+、V3+、V4+、V5+）过渡金属元素，有着非常活泼的化学性质，钒氧化物既能形成层状嵌锂化合物VO2、V2O5、V3O7、V4O9、V6O13、LiVO2及LiV3O8，又能形成尖晶石型LiV2O4及反尖晶石型的LiNiVO4等嵌锂化合物。 与已经商品化的钴酸锂材料相比，上述钒锂系系材料具有更高的比容量，且具有无毒，价廉等优点，因此成为了新一代绿色、高能锂离子蓄电池的备选正极材料。 钒系正极材料概述 LiV3O8的合成方法 主要包括两种： 高温固相合成法 低温液相合成法。 制备纯净结构完整的嵌锂活性材料是保证合成材料具有优良电化学性能的首要前提。 不同的制备方法合成制备得到不同形貌的LiV3O8化合物，并进一步对活性材料的放电比容量、循环效率、可逆性等电化学性能指标产生显著影响。 高温固相合成