锂离子电池正极材料的发展现状与前景

锂离子电池正极材料

锂离子电池的性能主要取决于所用电池内部材料的结构和性能。这些电池内部材料包括正、负极材料、电解质、隔膜等。其中正、负极材料的选择和质量直接决定锂离子电池的性能与价格。因此廉价、高性能的正、负极材料的研究一直是锂离子电池行业发展的重点。2013年第九期《产业趋势》中，我们曾为读者展示过几种主要的锂离子电池负极材料，本期我们将对锂离子电池正极材料进行介绍。

衡量锂离子电池正极材料的好坏，大致可以从以下几个方面进行评估：

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正极材料应有较高的氧化还原电位，从而使电池有较高的输出电压 锂离子能够在正极材料中大量、可逆地嵌入和脱嵌，以使电池有较高的比容量

在锂离子嵌入/脱嵌过程中，正极材料的结构应尽可能不发生变化，以保证电池良好的循环性能

在锂离子的嵌入/脱嵌过程中，正极的氧化还原电位变化应尽可能小，使电池能够平稳地充放电

正极材料应有较高的电导率和锂离子扩散系数，便于电池快速充放电 正极材料不与电解质等发生附反应 价格便宜，对环境无污染

目前获得广泛应用的锂离子电池正极材料体系主要包括钴酸锂（LiCoO2）、镍酸锂（LiNiO2）、锰酸锂（LiMn2O4/ LiMnO2）、锂镍锰钴氧三元材料（LiNixC

锂离子电池正极材料的研究现状和展望

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第３ ６卷 第 ３期 ２０ ０ ７年 ３月

化

工

技

术

与

开

发

Ｖ０ ． ６ Ｎｏ ３ １３ ．

Ｍ ａ．０ ７ ｒ２ ０

Ｔｅｈ ｏｏ ｙ ＆ Ｄｅ ｅｏ ｍｅ ｔｏ ｅ ｃ ｌＩ ｄ ｓｒ ｃ ｎ ｌｇ ｖ ｌｐ ｎ ｆ Ｃｈ ｍｉａ ｎ ｕ ｔｙ

锂 离 子 电池 正 极 材 料 的研 究 现 状 和展 望

曹艳军 ， 龙翔 云 ， 云峰 程

（ 广西大学化学化工 学院 ， 广西 南宁

摘

５００ ） ３０４

要： 介绍 了锂离子 正极 材料氧化钴锂 、 氧化镍 锂、 酸铁 锂等的研 究开发现状 ， 磷 对其特性进行 了总结 。

文献标识码 ： Ａ 文章 编号 ：６ １９０ （ ０７ ０ —０ ６０ １ ７ —９５ ２ ０ ）３０ １—３

关键词 ： 锂离子 电池 ； 正极材料 ； 容量

中图分类号 ： ９ １ ＴＭ １

锂离子 电池是以 ２ 种不同的能够可逆地插入及 脱出锂离子 的嵌锂化合物分别作为电池 的正极和负 极的 ２ 次电池体 系。充电时， 锂离子从正极材料的 晶格中脱 出

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

在自然界中，锂元素是最轻的金属，它的原子量为6.94g/mol，ρ=0.53g/cm-3，电化学当量最小，为0.26 g·Ah-1，标准电极电位最负，为-3.045 V，锂元素的这些特点决定了它是一种具有很高比能量的材料。

层状的Co02，其理论容量为274 mAh／g，实际容量在140～155 mAh／g。其优点为：工作电压高，充放电电压平稳，适合大电流放电，比能量高，循环性能好。缺点是：实际比容量仅为理论容量的50％左右，钴的利用率低，抗过充电性能差，在较高充电电压下比容量迅速降低。另外，再加上钴资源匮乏，价格高的因素，因此，在很大程度上减少了钻系锂离子电池的使用范围，尤其是在电动汽车和大型储备电源方面受到限制。

镍钴锰三元复合正极材料研究工作中面临的问题和不足

(1)合成工艺不成熟，工艺复杂。由于世界各国对于复合正极材料的研究最近几 年才开始，且材料中的Ni2+极难氧化成Ni3+，锰离子也存在多种氧化价态，因而合成层状结构的正极材料较为困难，尚未研究出最佳的合成工艺。由于大量掺入过渡金属元素等因素，复合正极材料的合成工艺相对复杂，需经过长时间的煅烧，并且大多只能在氧气气氛中，温度高于900℃的条件下合成出具有优异电化学性能的复合正极材

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

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

锂离子电池材料制备与表征

【摘要】本实验在学习锂离子电池知识的基础上，加以创新，以牛奶为固体碳源，硝酸铁

为金属源，采用水热法制备碳包覆四氧化三铁纳米颗粒，通过正极材料的结构、表面形貌进行分析，测试相关电化学性能

【关键字】水热法 锂离子电池

引言 锂离子电池实际上是一个锂离子浓差电池，正负电极由两种不同的锂离子嵌入

化合物构。充电时，Li+从正极脱嵌经过电解质嵌入负极，此时负极处于富锂态，正极处于贫锂态；放电时则相反，Li+从负极脱嵌，经过电解质嵌入正极，正极处于富锂态，负极处于贫锂态。锂离子电池的工作电压与构成电极的锂离子嵌入化合物本身及锂离子的浓度有关。因此，在充放电循环时，Li+分别在正负极上发生“嵌入-脱嵌”反应，Li+便在正负极之间来回移动，所以，人们又形象地把锂离子电池称为“摇椅电池”或“摇摆电池 ”。

一、实验目的

1. 用高温固相法制备锂离子电池材料；

2. 学习装配模拟电池，测试锂离子电池相关特性； 3. 研究材料制备工艺与锂离子电池性能之间的关系。

二、实验内容

1. 了解锂离子电池的基本组成和工作原理； 2. 了解常见的锂离子电池正/负极材料的相关特性； 3. 充分调研文献资料，确定实验方案；

4. 实验

锂离子电池材料制备与表征

【摘要】本实验在学习锂离子电池知识的基础上，加以创新，以牛奶为固体碳源，硝酸铁

为金属源，采用水热法制备碳包覆四氧化三铁纳米颗粒，通过正极材料的结构、表面形貌进行分析，测试相关电化学性能

【关键字】水热法 锂离子电池

引言 锂离子电池实际上是一个锂离子浓差电池，正负电极由两种不同的锂离子嵌入

化合物构。充电时，Li+从正极脱嵌经过电解质嵌入负极，此时负极处于富锂态，正极处于贫锂态；放电时则相反，Li+从负极脱嵌，经过电解质嵌入正极，正极处于富锂态，负极处于贫锂态。锂离子电池的工作电压与构成电极的锂离子嵌入化合物本身及锂离子的浓度有关。因此，在充放电循环时，Li+分别在正负极上发生“嵌入-脱嵌”反应，Li+便在正负极之间来回移动，所以，人们又形象地把锂离子电池称为“摇椅电池”或“摇摆电池 ”。

一、实验目的

1. 用高温固相法制备锂离子电池材料；

2. 学习装配模拟电池，测试锂离子电池相关特性； 3. 研究材料制备工艺与锂离子电池性能之间的关系。

二、实验内容

1. 了解锂离子电池的基本组成和工作原理； 2. 了解常见的锂离子电池正/负极材料的相关特性； 3. 充分调研文献资料，确定实验方案；

4. 实验

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锂离子电池正极材料LiFePO<,4>的合成与 姓名：张新龙 申请学位级别：硕士 专业：有色金属冶金 指导教师：胡国荣;彭忠东 20040101 中南大学硕十常位论文 摘要

摘要

随着能源与环境问题的日益突出以及现代科技的快速发展，对电池的性能提 出了更高的要求。锂离子电池以其工作电压高、能量密度太、循环寿命长、自放 电小、无记忆效应和“绿色”环保等优点而成为可移动电源的首选。进一步提高 电池性能和降低电极材料成本是锂离子电池发展和改进的主要方向。本文在详细 评述了锂离子电池及其日三极材料研究进展的基础上，选取橄榄石结构的ＬｊＦｃＰＯ。 为研究对象，对其合成和改性进行了详细研究。 采用固相合成方法制备了“ＦｅＰ０４，研究了合成条件对ｕＦｅＰ０４物理性能及 其电化学性能的影响，讨论了反应的温度、时间、掺杂物质的种类以及掺杂物质 的量对材料性能的影响，以正交实验确定了最佳反应条件。 采用了ＤＴＡ和ｘＲＤ对产物进行了分析。采用了掺杂金属离子和包覆碳的方