锂离子电池正极材料的结构及性能详解.ppt

锂离子电池正极材料的结构及性能;前言; 锂离子电池的电化学性能主要取决于所用电极材料和电解质材料的结构和性能,尤其是电极材料的选择和质量直接决定着锂离子电池的特性和价格,因此,廉价高性能正负极材料的开发一直是锂离子电池研究的重点。近几年来,碳负极性能的改善和电解质的选择都取得了很大进展,相对而言,锂离子电池正极材料的研究较为滞后,成为制约锂离子电池整体性能进一步提高的重要因素。因此,正极材料的研究正受到越来越多的重视。 ;锂离子电池的结构与工作原理 锂离子电池的特点及应用 锂离子电池正极材料的要求及影响因素 锂离子电池正极材料的结构与性能研究 锂钴氧（ LiCoO2 ）正极材料 锂镍氧（ LiNiO2 ）正极材料 　 锂锰氧（ LiMn2O4）正极材料 新型正极材料磷酸铁锂（ LiFePO4 ） 其他正极材料 发展前景 ;图1. 圆筒型锂离子电池结构???意;锂离子电池的工作原理; 以石墨//LiCoO2 锂离子电池为例，其电极反应方程式如下; ; ;图2 锂离子电池的工作原理示意图;锂离子电池的特点;(8)可快速充放电，且放电平稳; (9)充电效率高; (10)工作温度范围宽，为一20-60C; (11)无污染，称为绿色能源. 此外，锂离子电池还具有无记忆效应,寿命长，无环境污染等优点，综合性能优于铅酸、镍镉和金属电池、被称为性能最好的电池。近年来锂离子电池的应用在世界各地引起轰动。下表列出了锂离子电池与及电池的性能对比。;;当然锂离子电池也有一些不足之处: (1)制备条件要求高; (2)成本高，主要是LiCoO2电池成本高; (3)为提高安全性，防止正负极短路及过充电，必须有特殊的保护电路; 虽然锂离子二次电池也有一些不足之处，但是与其他种类二次电池相比，锂离子二次电池仍为首选，也必将在21世纪的能源市场上占有举足轻重的地位。; 目前市场上应用的锂离子电池主要有两种，一种是圆柱形锂离子电池，一种为方形锂离子电池。从趋势上看，方形锂离子的生产大大快于圆柱型锂离子电池的生产，主要原因在于其体积可以更小，容量密度更大，有利于电子组件的轻便化。下图分别是圆柱形电池和方形电池的结构示意图。;图3 圆柱形锂离子电池示意图; 锂离子电池是真正的绿色高能可充电池，深受社会和用户的欢迎。主要应用于电子产品方面，，即通讯、便携计算机、和消费电子产品方面，包括手机、笔记本电脑、电子翻译器等。由于锂离子电池所具有的优越性，因此目前已用于火星着陆器和火星漫游器，在今后的系列探测任务也将采用锂离子电池。以下是小型锂离子离子电池市场应用分布情况。如图所示。; 图 5 锂离子电池市场应用分布图; 锂离子电池不仅可以用于便携式电器、人造卫星、航天行红等领域，还是电动汽车的后备电源之一，以往的民用汽车因为存在空气污染和噪音，给人类的环境和健康带来了严重危害。电动车之所以能够成为未来车辆的方向，使因为它与传统内燃机汽车相比在环境友好度、资源消耗、行车成本方面都具有较大的优势。动力电池是电动汽车的关键的动力，正极材料的进一步开发目标是提高比容量电池和降低成本，使其满足发展电动车大容量电池的要求。目前制约动力电池发展的两大问题是价格和安全性，要想促进动力电池的发展，必须要加大科研的投入。以下是全球动力电池近几年需求发展需求图，如图所示。;年份;锂离子正极材料的要求;(4)具有大量的界面结构和表观结构，有利于增加嵌锂的空间位置，提高嵌锂容量; (5)正极材料具有极小的极性，以保证良好的可逆性，使可循环次数提高； (6)正极材料需具有大孔径隧道结构， 以便锂离子在“隧道”中有较大的扩散系数和迁移系数，并具有良好的电子导电性.提供最大工作电流; (7)在电解质溶液中溶解性很低，同电解质有良好的热稳定性，以保证工作的安全; (8)具有重量轻，易于制作适用的电极结构，提高理离子电池的性能价格。 ; 为满足以上条件，锂离子电池正极材料的发展方向一方面是对现有材料进行改性以提高其电化学性能，另一方面是开发新的正极材料以提高其化学性能。 锂离子电池正极材料不仅作为电极材料参与电化学反应，而且是锂离子源。常见的可作为锂离子电池正极的活性材料，相对于锂离子的电位及金属锂和嵌锂碳的电位示于图1-2。由图可见，大多数可作为锂离子电池正极材料的物质是过渡金属化合物，而且以氧化物为主。目前研究最多的有钴系、镍系、钒系、锰系材料以及具有橄榄石结构的磷酸铁锂，许多新型的无机化合物材料也正在研究之中。 ;;1. 结晶度 晶体结构发育好，则结晶度高，有利于Li+扩散，材料的电化学性能好；反之,则电化学性能差。 2 .合成时间及合成温度 合成时间影响结晶度的发育及反应的程度