锂离子电池正极材料用锰基固溶体材料xLi.doc

.页眉. .页脚. 锂离子电池正极材料用锰基固溶体材料 xLi[Li 1/3 Mn 2/3 ]O 2· (1-x)LiMO 2 (M=Ni 、 Co 、 Mn) 研究进展引言: xLi[Li 1/3 Mn 2/3 ]O 2· (1-x)LiMO 2 (M=Ni 、 Co 、 Mn) 是由层状化合物 Li[Li 1/3 Mn 2/3 ]O 2(即 Li 2 MnO 3)和 LiMO 2 组成的固溶体正极材料。自2004 年 Thackeray [1] 提出该系列复合正极材料以来,其凭借热稳定性能好、比容量高、充放电压宽等优良的电化学性能以及成本低、环境友好的综合性优势受到了广泛的关注,逐渐成为了该领域专家学者研究的热点,同时该材料也被众多专家学者视为下一代锂离子动力电池正极材料的理想之选。 Li[Li 1/3 Mn 2/3 ]O 2· (1-x)Li MO 2 的结构及电化学反应机理 Li 2 MnO 3 是一种理想的层状结构材料,它由锂层, 1/3 锂和 2/3 锰混合层和纯氧层构成。系列锂离子电池复合正极材料 xLi[Li 1/3 Mn 2/3 ]O 2· (1-x)Li MO 2 的结构类似于 LiCoO 2 ,归属于空间群为 R-3 m 型的ɑ -NaFeO 2 型层状结构。 Park 等[2]研究认为该类材料的 Li 原子占据岩盐结构的 3a位, Li和过渡金属 M随机占据 3b, 氧原子占据 6c 位,而其过渡金属层是由 Li 和过渡金属 M 组成的。图 1-1 为 Li 2 MnO 3和 LiMO 2的结构图。图 1-1 Li 2 MnO 3和 LiMO 2结构示意图该复合正极材料首次充电过程中,当充电至 时 Li 2 MnO 3组分得到活化, 这时 Li 2 MnO 3 组分中的锂脱出,并伴随着氧的释放而形成层状的 MnO 2组分,因此会出现一个脱锂伴随脱氧的平台,. .页脚. 比容量,同时 Li 2 MnO 3 组分也为 LiMO 2 提供了充足的锂以补足其结构中的锂空位,从而使得 Li 2 MnO 3在充放电过程中起到稳定电极结构的作用[3,4] 。 2. xLi[Li 1/3 Mn 2/3 ]O 2· (1-x)Li MO 2的主要制备方法及各自特点自 200 4年美国的 Thackeray [1] 提出该系列材料来, 凭借其优越的电化学性能, 引起了业界的极大兴趣,更有学者认为该材料有望成为未来锂离子电池正极材料市场的首选。2009 年6月5日,巴斯夫(BASF) 公司与美国国家能源部的 Argonn e 国家实验室签署合作协议,欲将 x Li[Li1/3Mn2/3]O2 · (1-x)LiMO2 正极材料大规模产业化。这家全球最大的化学公司战略性的认为该材料将在未来的锂离子电池正极材料的市场中占有主导性的地位。目前,该材料还处于实验室研究阶段,与其他正极材料类似,它的制备方法主要有共沉淀法、溶胶凝胶法、低温固相法和燃烧法。(1) 共沉淀法共沉淀法是在含有多种阳离子的溶液中加入沉淀剂,使金属离子完全沉淀的方法。它根据沉淀剂不同又分为氢氧化物共沉淀、碳酸盐共沉淀。先按一定比例配制混合金属盐溶液,然后加入适当的沉淀剂,使溶液中已经混合均匀的各个组分按目标计量比沉淀出来,合