锂离子电池正极材料

锂离子电池

嵌锂化合物正极材料的是锂离子的贮存库。为了获得输出电压较高的锂离子电池,作为电池正极的材料应具备以下条件:

(1)相对锂的电极电位高,正极材料组成不随电位变化,离子电导率和电子电导率高,有利于降低电池内阻;

(2)锂离子嵌入一脱嵌可逆性好,伴随反应的体积变化小,锂离子扩散速度快,以便获得良好的循环特性和天电流特征;

(3)与有机电解质和粘结剂接触性良好,热稳定性好,有利于延长电池寿命和提高安全性能;

(4)资源丰富,价格低廉,在空气中稳定、无毒等。目前,锂离子电池正极材料主要有层状的LiCoO2、LiNiO2,尖晶石型LiMn2O4,橄榄石型的LiFePO4以及三元复合材料LiMnxNiyCo1-x-yO2等。

锂离子电池正极材料性能比较
锂离子电池正极材料性能比较

正极材料是锂离子电池发展的关键。

目前广泛应用的锂离子电池正极材料是钻酸锂(LiCoO2),但由于钻酸锂中的Co在自然界中的储量小,价格比较昂贵,有一定的毒性,而且在充电的过程中,钻酸锂由于金属锂的脱嵌部分变成CoO2,Co4+氧化性极强,容易引起燃烧、爆炸等安全事故。所以对发展大功率,大容量,需要多个单体电池串并联的动力电池来说,采用钻酸锂存在巨大的安全隐患。

LiNiO2曾经被寄予希翼,至今未有较大突破,虽然具有较高的容量,但在制备上存在较大困难,难以合成纯相的物质,而且存在一定的安全问题。

LiMn2O4虽然价格便宜,安全性能好,但是其理论容量不高,循环寿命、热稳定性和高温性能较差。所以这些材料至今为止仍难以替代钻酸锂。

1997年,A.K.Padhi等首次报道磷酸铁锂(LiFePO4)能可逆的嵌入和脱嵌锂离子,可充当锂离子电池正极材料,引起了人们的广泛关注。

磷酸铁锂原料来源广泛、价格便宜、无毒、对环境友好、理论比容量高(约170mAh.g-1),与其它锂离子电池相比具有相对适中的工作电压(3.4V,相对Li+/Li),不仅兼顾了LiCoO2、LiNiO2和LiMn2O4材料的优点,而且热稳定好、安全性能优越、循环性能突出,被认为是标志着“锂离子电池一个新时代的到来”,特别是成为锂离子动力电池正极材料的首选材料。

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