锂电池关键材料.doc

锂电池关键材料
正极材料一般选择相对 Li 电位大于 V 且在空气中稳定的嵌锂氧化物,锂离子正极材料一般应具有以下性能(1)金属离子Mn+在嵌入化合物LixMyXz中应有较高的氧化还原电位,从而使电池的输出电压高;(2)在嵌入化合物LixMyXz中大量的锂离子能够发生可逆嵌入和脱嵌以得到高容量,即 x 的值尽可能大;(3)在嵌入或脱嵌过程中,锂离子的嵌入和脱嵌可逆且主体结构没有或很少发生变化,这样可以确保良好的循环性能;(4)氧化还原电位随着 x 的变化应该尽可能少,这样电池的电压不会发生显著变化,可以保持较平稳的充电和放电;(5)嵌入化合物应有较好的电子导电率和离子导电率,这样可减少极化,并能进行大电流充放电;(6)嵌入化合物在整个电压范围内应化学稳定好,不与电解质等发生反应;(7)锂离子在电极材料中有较大的扩散系数,便于快速充放电;(8)嵌入化合物应该便宜,且对环境无污染等。有些氧化物或聚阴离子化合物因为氧原子的堆积情况而使结构比较稳定,且有特殊的通道,这类物质多是层形或尖晶石结构,已经应用或尝试应用在锂离子电池中。如具有层状结构的锂钴氧(LiCoO2)材料,锂锰氧(LiMn2O4)材料,二元或三元锂氧化物,钒氧化物(VxOy),橄榄石型磷酸亚铁锂(LiFePO4)材料等。
负极材料是决定锂离子电池能量和功率密度以及循环寿命的重要因素,一直以来都是研究的另一个焦点。一般对作为锂离子电池负极的活性材料具有以下要求:(1)大的嵌脱锂容量;(2)尽量低的嵌脱锂反应电位,反应高度可逆;(
3)良好的充放电循环性;(4)嵌锂过程中的自由能变化小,充放电电压平稳;(5)高的锂离子扩散速率和电子电导率;(6)优良的热力学稳定性和与电解液的界面相容性等。目前研究和使用较多的锂离子电池负极材料,根据其储存锂的机制的不同,可以大致分为三类:(a)基于可逆嵌入脱出反应的碳系材料和钛酸锂材料(Li4Ti5O12);(b)能与锂发生合金反应的金属和类金属材料;(c)基于可逆转化反应的过渡金属化合物材料。
电解液作