鉅大LARGE | 點擊量:4481次 | 2019年10月22日
鋰電池正極材料主要有哪些
鋰電池正極材料的關(guān)鍵性能指標(biāo)有:化學(xué)成分、晶體結(jié)構(gòu)、粒度分布、振實密度、比表面積、pH值、首次放電比容量、首次充放電效率、循環(huán)壽命等。鋰離子電池性能取決于所用電池內(nèi)部材料的結(jié)構(gòu)和性能,而正極材料更有直接決定意義,所以,鋰離子電池正極材料必須滿足鋰離子電池的基本性能要求,正極材料的性能和價格等是制約鋰離子電池進(jìn)一步向高能量、長壽命和低成本發(fā)展的瓶頸。一般來說,正極材料應(yīng)滿足以下兒方而的要求Czo1:a、嵌、脫鋰電位高。以保證電池較高的L作電壓;b、嵌、脫鋰容量高,以保證電池的高比容量和比能量;c、在所要求的充放電電位范幽內(nèi),具有與電解質(zhì)優(yōu)良的相容性;d、溫和的電極過程動力學(xué);e、高度嵌、脫鋰可逆性;f、全鋰化狀態(tài)下在空氣中穩(wěn)定性好;g、原料廉價易得;h、制備工藝簡單。目前,生產(chǎn)實踐和科學(xué)研究中已經(jīng)涌現(xiàn)出多種鋰離子電池正極材料,按照材料的化學(xué)組成。正極材料可分為過渡金屬嵌視氧化物、金屬氧化物、金屬硫化物和其它正極材料,而商品化鋰離子電池使用的只有過渡金屬嵌鋰氧化物,正極活性物質(zhì)是鋰離子電池最為關(guān)鍵的核心材料,正極材料是決定鋰電池應(yīng)用方向的基本依據(jù)。正極是鋰電池的核心部件,其優(yōu)劣直接影響電池性能。鋰離子電池中的正極材料都是含鋰的氧化物,一般鋰含量越高,容量越高。山于過渡金屬嵌愧氧化物是目前商品化鋰離子電池的正極材料,這里重點介紹這種類材料。
過渡金屬嵌鋰氧化物:LiCoO2是最旱用于商品化鋰離子電池的正極材料,它屬于a-NaFe()2型結(jié)構(gòu),工作電壓范圍為3.5-4.2V,理論比容量為274mA.h/g,正常充放電過程中鋰的利用率為55緯-60%1211,合成方法是將鋰源(如L12CO3)和鈷源(如COCO3)按摩爾比1:1混合,在空氣中于700-850℃灼燒而成[22]。為獲得更加優(yōu)良的電化學(xué)性能,一般在其中添加少量Ni,Al,In等元素制得復(fù)合LiCoO2,1,iCoO2的可逆性、放電容量、充放電效率、工作電壓和穩(wěn)定性等電化學(xué)性能均十分優(yōu)良,因此LiCoO2作為鋰離子電池的正極材料從1990年步入市場后,一直處于壟斷地位。但由于自然界中鈷資源缺乏,LiCo2的成本較高,因此必須開發(fā)更廉價易得的材料,這樣就可以顯著降低單體電池的造價,干是涌現(xiàn)出了LiNiO2,I,iMn2O4,LiFel'O4等多種過渡金屬的嵌鋰化合物。
LiNiO2是繼LiCo2后研究較多的層狀化合物,鎳與鈷的性質(zhì)相近,價格比鈷低廉,工二作電壓范圍為2.5-4.1V,理論比容量為274mA.h/g,實際最大容量高達(dá)200mA.h/g左右。這種材料對電解質(zhì)組成不敬感,不污染環(huán)境,自放電率低,不存在過充電和過放電的限制,資源相對一1刁富且價格適宜。是一種很有希望代替LiCoO2的正極材料,法國SAFT公司和加拿大的Moli能源公司近年來一直使用LiNiO2作為商品化鋰離子電池的正極材料。LiNiO2的合成一般是用鋰鹽和鎳鹽混合在700-850'C經(jīng)固態(tài)反應(yīng)制備,摻雜其它元素(如Co、Mn、Ga等)可進(jìn)一步提高其電化學(xué)性能。盡管如此,LiNiO2的制備和存儲問題十分突出Li業(yè)制備化學(xué)計量的LiNio2非常困難,組成稍有變化,其結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性能便產(chǎn)生明顯差異,例如,制備三方晶系的I,iNiO2時容易產(chǎn)生立方晶系的LiNiO2,而立方,易系的LiNiO2無電化學(xué)活性。LiNi()2在存儲過程中易分解,放置幾個月后,電化學(xué)性能明顯改變不僅如此,LiNiO2在電池中脫、嵌視時形成LiNiO2可以在較高益度下釋放出氧,從而出現(xiàn)電池安全性問題。從這些方而來看,LiNiO2的實際應(yīng)用還受到多方面的限制。
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