锂离子电池正极材料的要求 锂离子电池正极材料

锂电池的正极材料有哪些
主要包括:锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物和聚阴离子正极材料系列 。
1.锂钴氧化物
锂钴氧化物是现阶段商品化锂离子电池中应用最成功、最广泛的正极材料 。其在可逆性、放电容量、充放电效率和电压稳定方面是比较好的 。
2.锂镍氧化物
镍酸锂()为立方岩盐结构,与相同,但其价格比低 。理论容量为/g,实际比容量为140~/g,工作电压范围为2.5V~4.2V,无过充或过放电的限制,具有高温稳定性好,自放电率低,无污染,是继之后研究得较多的层状化合物 。但作为锂离子电池正极材料存在以下问题亟待研究解决 。
3.锂锰氧化物
我国锰资源储量丰富,而且锰无毒,污染小,因此层状结构的和尖晶石型的都成为了正极材料研究的热点 。
4.锰镍钴复合氧化物
层状锰镍钴复合氧化物正极材料综合了、、 三种层状材料的优点,其综合性能优于以上任一单一组分正极材料,存在明显的三元协同效应:通过引入Co,能够减少阳离子混合占位情况,有效稳定材料的层状结构;通过引入Ni,可提高材料的容量;
5.锂钒氧化物
钒为多价态金属,与锂可形成多种氧化物,主要包括层状的LiVO2、、Li1+xV3O8和尖晶石型、反尖晶石型(M=Ni,Co) 。
6.锂铁氧化物
随着锂二次电池的出现,人们对可脱嵌锂离子的层状就进行了许多深入的研究 。但由于Fe4+/Fe3+电对的Fermi能级与Li+/Li的相隔太远,而Fe3+/Fe2+电对又与Li+/Li的相隔太近,因此层状一直未能得到应用 。
锂离子电池的正极为什么用铝箔,而负极用铜箔?
1、铜铝箔导电性好,质地软,价格便宜 。
2、铜铝箔在空气中也相对比较稳定 。
3、锂电池正负极电位决定正极用铝箔,负极用铜箔,而非反过来 。正极电位高,铜箔在高电位下很容易被氧化,而铝的氧化电位高,且铝箔表层有致密的氧化膜,对内部的铝也有较好的保护作用 。
金属铝的晶格八面体空隙大小与Li 大小相近,极易与Li形成金属间隙化合物,Li 和Al不仅形成了化学式为LiAl的合金,还有可能形成了Li?Al?或Li?Al? 。
由于金属Al与Li 反应的高活泼性,使金属Al消耗了大量的Li,本身的结构和形态也遭到破坏,故不能作为锂离子电池负极的集流体;而Cu在电池充放电过程中,只有很少的嵌锂容量,并且保持了结构和电化学性能的稳定,可作为锂离子电池负极的集流体 。
Cu箔在3.75V时,极化电流开始显著增大,并且呈直线上升,氧化加剧,表明Cu在此电位下开始不稳定;而铝箔在整个极化电位区间,极化电流较小,并且恒定 。
没有观察到明显腐蚀现象的发生,保持了电化学性能的稳定 。由于在锂离子电池正极电位区间,Al的嵌锂容量较小,并且能够保持电化学稳定,适合作锂离子电池的正极集流体 。
扩展资料
锂离子电池主要由正极、负极、隔膜和电解液组成 。充电时加在电池两极的电势迫使正极的嵌锂化合物释放出锂离子, 通过隔膜后嵌入六方片层结构的石墨负极中; 放电时锂离子则从片层结构的石墨中析出, 重新和正极的嵌锂化合物结合, 锂离子的移动产生了电流 。
锂离子电池的结构和充放电过程化学反应原理虽然很简单, 然而在实际的商业化应用中需要考虑很多问题 。例如, 正负极材料的导电性能、充放电电位、活性、脱插锂的结构稳定性能、倍率性能和安全性能等, 以及电解液的稳定性、导电性和环境适应性等 。
除上述因素外, 锂离子电池的内阻必须足够小, 只有这样才能保证使用的可靠性和较长的循环寿命 。这不仅取决于正负极活性, 而且与集流体有着相当大的关系 。