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锂离子电池正极材料的优缺点

锂离子电池的特性和价格都与它的正极材料密切相关,一般而言,正极材料应满足:(1)在所要求的充放电电位范围内,具有与电解质溶液的电化学相容性;(2)温和的电极过程动力学;(3)高度可逆性;(4)全锂状态下在空气中稳定性能好。

锂离子电池

随着锂离子电池的发展,高性能、低成本的正极材料研究工作在不断地进行。目前,研究主要集中于锂钻氧化物、锂镍氧化物和锂锰氧化物等锂的过渡金属氧化物。

锂钻氧化物(LiCo02)属于a-NaFe02型结构,具有二维层状结构,适宜锂离子的脱嵌。由于其制备工艺较为简便、性能稳定、比容量高、循环性能好,目前商品化的锂离子电池大都采用LiCo02作为正极材料。其合成方法主要有高温固相合成法和低温固相合成法,还有草酸沉淀法、溶胶凝胶法、冷热法、有机混合法等软化学方法。

锂镍氧化物(LiNi02)为岩盐型结构化合物,具有良好的高温稳定性。由于自放电率低、对电解液的要求低、不污染环境、资源相对丰富且价格适宜,是一种很有希翼代替锂钻氧化物的正极材料。目前LiNi02主要通过Ni(NO3)2、N i(OH)2、NiCO3、NiOOH和LiOH、LiN03及LiC03经固相反应合成。LiNi02的合成比LiCo02困难,其主要原因是在高温条件下化学计量比的LiNi02容易分解为Li1-xNi1+x02,过量的镍离子处于Ni02平面之间的锂层中,妨碍了锂离子的扩散,将影响材料的电化学活性,同时由于Ni3+比Co3+难得到,因此的合成必须在氧气气氛中进行[2]

锂锰氧化物是传统正极材料的改性物,目前应用较多的是尖晶石型LixMn204,它具有三维隧道结构,更适宜锂离子的脱嵌。锂锰氧化物原料丰富、成本低廉、无污染、耐过充性及热安全性更好,对电池的安全保护装置要求相对较低,被认为是最具有发展潜力的锂离子电池正极材料。Mn溶解、Jahn-Telle效应及电解液的分解被认为是导致锂锰氧化物为正极材料的锂离子电池容量损失的最主要原因。

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