锂硫电池正极材料研究进展

第42卷 第2期2012年 4月电 池BATTERY BIMONTHLYVol142,No12Apr1,2012

锂空气电池正极材料的研究进展

娄永兵,刘 艳,朱 林

(东南大学化学化工学院,江苏南京 211189)

摘要:综述了目前国内外锂空气电池研究领域的进展,尤其是正极材料的研究进展;分析了目前研究的局限和问题的集中所在,如过电位、循环稳定性和安全性等;展望了锂空气电池的发展方向及应用趋势。关键词:新能源; 锂空气电池; 正极材料

中图分类号:TM911141 文献标识码:A 文章编号:1001-1579(2012)02-0114-04

Researchprogressincathodematerialsforlithium-airbattery

LOUYong-bing,LIUYan,ZHULin

(SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SoutheastUniversity,Nanjing,Jiangsu211189,China)

-airbatteryresearchwasreviewed,specificallytheprogressincathodematerials1Thecurrentre

锂离子电池磷酸铁锂正极材料的研究进展

张克宇1,2,3，姚耀春1,2,3*

（1.昆明理工大学真空冶金国家工程实验室,云南昆明，650093； 2.云南省有色金属真空冶金重点实验室；

3.云南省复杂有色金属资源清洁利用国家重点实验室（培育基地））

摘要：磷酸铁锂正极材料因其优良的电化学性能，被认为是最具应用前景的锂离子电池正极材料之一。但由于其导电率低和锂离子扩散速率慢等问题，也一直制约其发展。本文阐述了磷酸铁锂的晶体结构、充放电原理以及电化学反应模型，回顾了近年来国内外对于改善磷酸铁锂的电化学性能所进行的研究，重点介绍了离子掺杂、碳包覆以及材料纳米化等改性方法对锂离子电池磷酸铁锂正极材料的影响，以及目前仍然存在的问题，最后展望了该领域的发展趋势，并指出继续进行深入的理论研究和进行工艺改进将是今后重点的研究方向。

关键词：锂离子电池；正极材料；磷酸铁锂；复合材料

中图分类号：O 646.54；TM912 文献标识码：A 文章编号：1000-6613（2014）

Research progress of LiFePO4 cathode material for lithium-ion batteries

Zhang Keyu1,

锂离子电池磷酸铁锂正极材料的研究进展

张克宇1,2,3，姚耀春1,2,3*

（1.昆明理工大学真空冶金国家工程实验室,云南昆明，650093； 2.云南省有色金属真空冶金重点实验室；

3.云南省复杂有色金属资源清洁利用国家重点实验室（培育基地））

摘要：磷酸铁锂正极材料因其优良的电化学性能，被认为是最具应用前景的锂离子电池正极材料之一。但由于其导电率低和锂离子扩散速率慢等问题，也一直制约其发展。本文阐述了磷酸铁锂的晶体结构、充放电原理以及电化学反应模型，回顾了近年来国内外对于改善磷酸铁锂的电化学性能所进行的研究，重点介绍了离子掺杂、碳包覆以及材料纳米化等改性方法对锂离子电池磷酸铁锂正极材料的影响，以及目前仍然存在的问题，最后展望了该领域的发展趋势，并指出继续进行深入的理论研究和进行工艺改进将是今后重点的研究方向。

关键词：锂离子电池；正极材料；磷酸铁锂；复合材料

中图分类号：O 646.54；TM912 文献标识码：A 文章编号：1000-6613（2014）

Research progress of LiFePO4 cathode material for lithium-ion batteries

Zhang Keyu1,

锂离子电池的诞生过程：

任何事物的诞生都有一定的背景，锂离子电池的产生同样也离不开这一点。根据联合国统计的统计，与1990年相比，到2020年，世界的能源消费将增长50~100%，而石油、天然气等传统的化石能源在燃烧过程中产生大量的气体和烟尘。这些燃烧产物中，二氧化硫等气体会对土壤、植被、江河和建筑物等产生破坏：烟尘和一些有机气体会对人体健康有损坏；还有的气体对环境和气候有严重影响，如可产生光化学烟雾的氮氧化物和引起“温室效应”的二氧化碳等，尤其是20世纪60、70年代爆发的能源危机迫使人们寻找新的替代能源。新能源的不断开发是人类可持续发展的重要基础，太阳能、风能、水力、核能和化学电源都是替代迅速枯竭的化石能源的新型能源形式。新能源的出现不仅得益于能源技术的发展，而且由于其解决和后减缓能源危机的潜力而受到越来越多的关注和支持。

在所金属元素中锂是原子量最小（6.94）、比重最小（0.534 g/cm3,20 ℃）、电化学当量最小（0.26 g/Ah）和电极电位最负（-3.045 vs SHE标准氢电极）的金属。因此锂电池在所有电池中理论能量密度最高，自然成为替代能源之一。

锂离子电池的发展史与特点

锂离子电池的发展史首先是从锂一次电池发展开始

锂离子电池的诞生过程：

任何事物的诞生都有一定的背景，锂离子电池的产生同样也离不开这一点。根据联合国统计的统计，与1990年相比，到2020年，世界的能源消费将增长50~100%，而石油、天然气等传统的化石能源在燃烧过程中产生大量的气体和烟尘。这些燃烧产物中，二氧化硫等气体会对土壤、植被、江河和建筑物等产生破坏：烟尘和一些有机气体会对人体健康有损坏；还有的气体对环境和气候有严重影响，如可产生光化学烟雾的氮氧化物和引起“温室效应”的二氧化碳等，尤其是20世纪60、70年代爆发的能源危机迫使人们寻找新的替代能源。新能源的不断开发是人类可持续发展的重要基础，太阳能、风能、水力、核能和化学电源都是替代迅速枯竭的化石能源的新型能源形式。新能源的出现不仅得益于能源技术的发展，而且由于其解决和后减缓能源危机的潜力而受到越来越多的关注和支持。

在所金属元素中锂是原子量最小（6.94）、比重最小（0.534 g/cm3,20 ℃）、电化学当量最小（0.26 g/Ah）和电极电位最负（-3.045 vs SHE标准氢电极）的金属。因此锂电池在所有电池中理论能量密度最高，自然成为替代能源之一。

锂离子电池的发展史与特点

锂离子电池的发展史首先是从锂一次电池发展开始

锂离子电池

锂离子电池正极材料 LF P 4杂改性研究进展 ie O掺张胜利，杨胜杰，宋延华，李维 (州轻工业学院材料与化学工程学院，南郑州 4 00 郑河 5 0 2)摘要：榄石型 LF P 近年发展起来的一种锂离子电池正极材料，是 LF P 电子电导率极低。 i扩散速度橄 ie O是但 ie O的 L 慢，制了其实用化。中一种很有效的方法就是在 LF P 晶格中掺杂金属离子，其产生晶格缺陷，进 L+限其 ie O的使促 I扩

散，改善晶体内部的导电性能。综述了 LF P ie O近几年离子在 L( ) i M14￣关键词：ie O;杂；极材料；离子电池 LF P掺正锂

F ( )掺杂的研究进展。 eM2 t '#

中图分类号： M 9 29 T 1 .

文献标识码： A

文章编号：0 2 0 7X 2 1 )3 0 9 - 4 1 0— 8 (0 00 - 2 9 0

Re e r hp o r s fi n d pe ah d ae il F P04 o t im s a c r g e so — o d c t o em trasLi e o rl h u f i i n b te i s o atreZ A h n—, NG

锂离子电池

锂离子电池正极材料 LF P 4杂改性研究进展 ie O掺张胜利，杨胜杰，宋延华，李维 (州轻工业学院材料与化学工程学院，南郑州 4 00 郑河 5 0 2)摘要：榄石型 LF P 近年发展起来的一种锂离子电池正极材料，是 LF P 电子电导率极低。 i扩散速度橄 ie O是但 ie O的 L 慢，制了其实用化。中一种很有效的方法就是在 LF P 晶格中掺杂金属离子，其产生晶格缺陷，进 L+限其 ie O的使促 I扩

散，改善晶体内部的导电性能。综述了 LF P ie O近几年离子在 L( ) i M14￣关键词：ie O;杂；极材料；离子电池 LF P掺正锂

F ( )掺杂的研究进展。 eM2 t '#

中图分类号： M 9 29 T 1 .

文献标识码： A

文章编号：0 2 0 7X 2 1 )3 0 9 - 4 1 0— 8 (0 00 - 2 9 0

Re e r hp o r s fi n d pe ah d ae il F P04 o t im s a c r g e so — o d c t o em trasLi e o rl h u f i i n b te i s o atreZ A h n—, NG

硫正极也存在诸多缺点:

(1)硫及还原产物常温下具有电子绝缘性;

(2)硫电极在充放电过程中会形成易溶于电解液的多硫化物并产生穿梭效应;

(3)硫电极在充放电循环中存在较大的体积效应。这些因素造成锂硫电池活性物质利用率低、循环性能差、倍率性能不理想,阻碍了锂硫电池的实用化 不同碳材料对于碳硫复合材料结构和性能的影响;

用液相原位沉积的方法制备了碳纳米官/硫(CNT/S)、碳纤维/硫(CNF/S)、活性碳/硫(AC/S)和导电炭黑/硫(SP/S)复合材料,结果比较表明:多孔碳材料较无孔或少孔碳材料更能改善硫正极的循环稳定性和提高活性物质利用率;CNT/S和AC/S复合材料表现出较好的电化学性能,CNT能提高复合材料导电性,但复合均匀度欠佳,实际入孔的有效载硫量有限;AC能有效吸附活性物质硫,但导电性差

采用喷雾热分解法制备了锂硫电池新型碳硫复合正极材料;

采用喷雾热分解法,以Si02为模板制备了介孔碳球(SPC),并以此作为负载硫的导电基体,制备了介孔碳球/硫复合材料(SPC/S)。碳球的三维结构可以有效增强复合材料的循环稳定性,此外,碳球内部的介孔有利于硫的纳米化,能起到限域捕捉活性物质和缩短离子扩散路径的作用,有利于提高材料的倍率性能。

硫正极也存在诸多缺点:

(1)硫及还原产物常温下具有电子绝缘性;

(2)硫电极在充放电过程中会形成易溶于电解液的多硫化物并产生穿梭效应;

(3)硫电极在充放电循环中存在较大的体积效应。这些因素造成锂硫电池活性物质利用率低、循环性能差、倍率性能不理想,阻碍了锂硫电池的实用化 不同碳材料对于碳硫复合材料结构和性能的影响;

用液相原位沉积的方法制备了碳纳米官/硫(CNT/S)、碳纤维/硫(CNF/S)、活性碳/硫(AC/S)和导电炭黑/硫(SP/S)复合材料,结果比较表明:多孔碳材料较无孔或少孔碳材料更能改善硫正极的循环稳定性和提高活性物质利用率;CNT/S和AC/S复合材料表现出较好的电化学性能,CNT能提高复合材料导电性,但复合均匀度欠佳,实际入孔的有效载硫量有限;AC能有效吸附活性物质硫,但导电性差

采用喷雾热分解法制备了锂硫电池新型碳硫复合正极材料;

采用喷雾热分解法,以Si02为模板制备了介孔碳球(SPC),并以此作为负载硫的导电基体,制备了介孔碳球/硫复合材料(SPC/S)。碳球的三维结构可以有效增强复合材料的循环稳定性,此外,碳球内部的介孔有利于硫的纳米化,能起到限域捕捉活性物质和缩短离子扩散路径的作用,有利于提高材料的倍率性能。

无机盐工业

１０

ＩＮＯＲＧＡＮＩＣＣＨＥＭＩＣＡＬＳＩＮＤＵＳＴＲＹ第４１卷第２期２００９年２月

锂离子电池正极材料锰酸锂的制备与改性研究

康彩荣１。沈丽娜２，丁毅１，莫祥银３

（１．南京工业大学材料科学与工程学院，江苏南京２１０００９；２．南京工业大学环境学院；

３．南京师范大学分析测试中心江苏省生物功能材料重点实验室）

摘要：锂离子电池是绿色高能可充电池，具有工作电压高、比能量大、自放电少、循环寿命长、无记忆效应、无环境污染等突出优点。尖晶石型锰酸锂正极材料具有无毒、成本低、电容量高等优点，近年来引起广泛关注。但在高温环境下，锰酸锂正极材料的充放电容量迅速下降，成为制约其发展的主要缺点。从锰酸锂的制备与改性研究方面综述了锂离子电池正极材料锰酸锂的研究进展，在此基础上，提出了正极材料锰酸锂的发展方向。

关键词：锂离子电池；正极材料；锰酸锂中图分类号：ＴＱｌ３１．１１

文献标识码：Ａ

文章编号：１００６—４９９０（２００９）０２—００１０一０４

ａｓ

Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｌｉｔｈｉｕｍｍａｎｇａｎａｔｅ

ｃａｔｈｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌｆｏｒ

ｌｉｔｈｉｕｍｉｏｎ

ｂａｔｔｅｒｉｅｓ

ＫａｎｇＣａｉｒｏｎ９１，ＳｈｅｎＬｉｎａ２，Ｄｉｎｇ