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锂离子电池正极材料 ppt课件

500次以上; ⑤充放电效率高,电池循环充放电过程中的能量转换效率可达到90%以上; ⑥工作温度范围宽,一般工作范围为-20-45℃,钛酸锂负极电池甚至可在-40℃下工
作。
锂离子电池正极材料
正极材料是锂离子电池的核心,历来是科学家们研究的重点。近几年来, 负极材料和电解质的研究都取得了较大的进展,相对而言,正极材料的发展较 为缓慢,商品化锂离子电池中正极材料的比容量远远小于负极材料,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,正极材料的研究受到越来 越
MO2层 锂离子
简化模型
LiCoO2正极材料
LiCoO2最早是由Goodenough 等人在1980年提出可以用于 锂离子电池的正极材料,之 后得到了广泛的研究。 LiCoO2具有α-NaFeO2型二维 层状结构,非常适合锂离子 的嵌脱,具有电压高、放电 平稳、比能量高、循环性能 好、制备工艺简单等优点, 能够适应大电流充放电。其 理论容量为274mAh/g,
作为理想的锂离子电池正极材料,锂离子嵌入化合物必须满足以下要求: (1)具有较高的氧化还原电位,保证锂离子电池的高电压特性;
(2)允许大量的锂离子嵌入脱出,保证锂离子电池的高容量特性; (3)嵌入脱出过程的可逆性好,充放电过程中材料结构变化较小; (4)锂离子能够快速的嵌入和脱出,具有高的电子导电率和离子导电率; (5)在电解液中化学稳定性好; (6)低廉,容易制备,对环境友好等。
金属离子混合液 沉淀剂 络合剂
沉淀反应(PH、T、搅拌速度) 陈化、洗涤、过滤、干燥
锂源
前躯体 混合、球磨
烧结、粉碎分级
LiNi(1-x-y)CoxMnyO2
共沉淀法合成三元材料装置示意图
前躯体反应工艺
前驱体的反应是盐 碱中和反应,将一定浓 度的盐溶液和一定浓度 的碱溶液按一定流速持 续加入反应器中,在适 当的反应温度、搅拌速 度、pH下,生成氢氧化 物沉淀。
LiCoO2材料面临的问题
与LiCoO2相比,LiNiO2的制备条件比较苛刻,其组成和结构随合成条件的改变而变 化。因为Ni2+难于氧化,按照制备LiCoO2的工艺合成出的LiNiO2几乎不具备电化学活性, 必须要在含有O2的气氛中进行反应,合成的产物往往是非整比的LixNi2-xO2。在这种非整 比产物中,部分Ni2+占据Li+位置(3a),在锂位产生部分无序的阳离子分布,降低了材 料的结构有序性,为了维持Ni2+进入Li-O层后体系的电中性平衡,Ni-O层中也必然有等 量的Ni2+存在(3b),化学式可以表示为[Li+yNi2+1-y]3a[Ni2+1-yNi3+y]3bO22,这就是“阳离 子混排”现象。
(003)衍射峰反映的是六方结构,而(104)衍射峰反映的是六方结构和立方结构 的总和。根据文献报道, I(003)/I(104)和 c/a比值越大,(006)/(102)和(108)/(110)分裂越明 显,说明材料的六方晶胞有序化程度越高,越接近于理想的六方结构,晶体结构越完整。 一般的,c/a比值应大于4.90,I(003)/I(104)比值应大于1.20。
目前,商业化的 三元正极材料制备大 多先采用共沉淀法合 成所需配比的镍钴锰 氢氧化物或碳酸盐前 驱体,再加入锂盐后 通过高温固相烧结得 到三元材料。
LiNi(1-x-y)CoxMnyO2 共沉淀法
溶胶-凝胶法 喷雾干燥法 固相反应法
氢氧化物共沉淀法
振实密度高 形貌容易控制 加工性能好 工业化主要方法
LixNi2-xO2的非整比性对其电化学性能有较大的影响。LixNi2-xO2中占据锂位(3a) 的Ni2+离子在首次充电(脱锂)时,会被氧化成半径更小的Ni3+离子甚至Ni4+离子,使层 间距不可逆的减小,造成该离子附近结构的塌陷,在随后的嵌锂过程中,Li+离子将难 于回到已塌陷的位置,从而造成放电(嵌锂)时容量的不可逆损失,这种不可逆损失与 占据锂位的Ni2+离子的量有直接关系。
锂离子电池是目前综合性能最好的电池体系,具有高比能量、高循环寿命、体积小、 质量轻、无记忆效应、无污染等特点,并迅速发展成为新一代储能电源,用于信息技术、 电动车和混合动力车、航空航天等领域的动力支持。锂离子电池的核心和关键是新型储 锂材料和电解质材料的开发与应用。
锂离子电池发展历史
锂离子电池基本原理及特点
氨水是反应络合剂,主要作用是络合金属离子,使金属离子缓慢释放,形 成形貌均一的沉淀颗粒。但络合剂的用量也不是越多越好,当络合剂用量过多 时,溶液中被络合的镍钴离子太多,会造成反应不完全,使前躯体的镍、钴、 锰三元素偏离设计值,且被络合的金属离子会随上清液排走,造成浪费,后续 的废水处理工作量也会加大。
锂离子电池是指以两种不同 的能够可逆插入和脱出锂离子的 化合物作为电池的正极和负极的 二次电池体系。其基本原理如右 图所示:
锂离子电池的主要特点表现为: ①比能量高,锂离子电池的质量比能量和体积比能量分别达到120~200W·h/Kg和
300W·h以上; ②放电电压高,放电电压平台一般在3.2-4.2V以上; ③自放电低,在正常存放情况下,锂离子电池的月自放电率通常仅为5%左右; ④循环寿命长,无记忆效应,普通锂二次电池在100% 的放电深度下,充放电可达
锂离子电池正极材料简介
姓 名: 学 号:
背景意义
伴随着经济全球化进程和化石燃料的大量使用,环境污染和能源短缺的问题日渐突 出。为了减少化石燃料使用过程的污染,发展风、光、电可持续再生能源及新型动力电 池和高效储能系统,实现可再生能源的合理配置及电力调节,对于提高资源利用效率、 解决能源危机和保护环境都具有重要战略意义。
碳酸盐共沉淀法
振实密度较低 形貌难控制 加工性能差
共沉淀法合成三元材料
氨水作为络合剂将金 属离子络合,形成金属铵根的络合离子,这种络 合离子有助于金属离子的 缓慢释放。NaOH 作为沉 淀剂,与缓慢释放的镍、 钴、锰三种金属离子反应 生成共沉淀。共沉淀法有 利于形成球形度良好、粒 径均一及振实密度较高的 氢氧化物前驱体。
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