文档介绍：锂离子电池正极材料知识
1. 锂离子电池的结构
2. 正极材料的选择
3. 各种正极材料
LiCoO2
LiNiO2
三元
LiFePO4
1. 锂离子电池的结构
发展高能锂离子电池的关键技术之一就是正极材料的开发。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多的重视。
2. 锂离子电池正极材料的选择
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;
LiCoO2(Li+/Li)
Graphite(Li+/Li)
(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;
理论容量的计算:C0 = m/M
Co---- 理论容量;n---- 成流反应的得失电子数;
m ---- 活性物质完全反应的质量;M----活性物质的摩尔质量
以LiCoO2为例:
Co = 96500/M = 96500*1000/3600*98 = 273 mAh/g
LiNiO2为274 mAh/g;
LiMn2O4为148 mAh/g,
LiFePO4为170 mAh/g。
(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。
目前研究较多的锂离子电池正极材料有LiCoO2、镍钴二元,镍钴锰、锰类化合物、LiFePO4等。
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具有合成方法简单,工作电压高,充放电电压平稳,循环性能好等优点,是最早用于商品化的锂离子电池的正极材料,也是目前应用最广泛的正极材料。
LiCoO2
3. 锂离子电池正极材料
LiCoO2具有-NaFeO2结构,属六方晶系,R-3m空间群,其中6c位上的O为立方密堆积,3a位的Li和3b位的Co分别交替占据其八面体孔隙,在[111] 晶面方向上呈层状排列,理论容量为274 mAh/g。
1
2
3
Co3+ (3b)
O2(6c)
Li+ (3a)
4
LiCoO2的结构