锂离子电池2-材料ppt课件.ppt

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1、锂离子电池材料锂离子电池及其相关材料正极材料负极材料电解质材料隔膜材料包装材料(钢壳,铝壳,铝塑复合膜,PTC元件，密封剂)锂离子电池的主要组成部分正极材料负极材料隔膜电解液外壳锂离子电池构成锂电各材料成本比重二、正极材料对锂离子正负极材料的要求：具有层状或隧道的晶体结构，以利于锂离子的嵌入和脱出，该晶体结构牢固，在充放电电压范围内的稳定性好，使电极具有良好的充放可逆性，以保证锂离子电池的循环寿命;充放电过程中，应有尽可能多的锂离子嵌入和脱出，使电极具有较高的电化学容量;3.在锂离子进行嵌脱时，电极反应的自由能变化应较小，以使电池有较平稳的充放电电压，以利于锂离子电池的广泛应用;锂离子应

2、有较大的扩散系数，以减少极化造成的能量损耗，保证电池有较好的快充放电性能;分子量小，提高重量能量密度；摩尔体积小，提高体积能量密度.不同细分领域对正极材料要求不一样一种正极材料不可能在任何应用场合均为最优比能量高、比功率大较平稳的充放电电压有较好的快速充放电性能。价格低廉、对环境友好、安全性好层状或隧道的晶体结构，寿命长化学性质稳定锂离子电池正极材料的要求能承受大电流的充电和放电目前商业化正极材料种类钴酸锂LCO（LiCoO2）锰酸锂LMO（LiMn2O4）镍钴锰酸锂NCM（LiCoxNiyMnzO2）镍钴铝NCA（LiNiyCoxAlzO2）磷酸铁锂LFP（LiFePO4）目前锂离子电

3、池的正极材料以含锂的过渡金属氧化物为主锂离子动力电池正极材料现状正极材料已大量商品化的材料：LiCoO2（LiMO2M→Co,Ni,）(合成条件较易控制，材料比容量中等:~130-140mAh/g，质量稳定，循环性能好；价高，环境效应差及存在安全隐患）基本电极反应：Li1-xCoO2+LixC<===>LiCoO2+C正极反应：LiCoO2-Li1-xCoO2+xLi++xe-负极反应：C+xLi++xe----LixC（一）钴酸锂LCO（LiCoO2）已大量商品化的材料1980年首次报道，LiCoO2为α-NaFeO2六方晶型结构，为R3m空间群。其基本结构是，由紧密排列的氧原

4、子与处于八面体位置的Co3+形成稳定的CoO2层。嵌入的锂离子进入CoO2层间。Li+在CoO2层间进行二维运动，锂离子电导率高，扩散系数10-9～10-7cm/sα-NaFeO2LiCoO2的理论容量为274mAh／g，但LiCoO2的实际比容量约为137mAh／g。这是由于结构的限制，只有部分Li+能够可逆的脱嵌和嵌入。Li+从LiCoO2可逆脱嵌量最多为0.5单元(137mAh／g)。当大于0.5单元时，Lil-xCoO2在有机溶剂中不稳定，会发生释氧的反应；同时，CoO2不稳定，容量发生衰减，并伴随钴的损失。（0≤x≤0.5）LiCoO2正极材料二维层状结构锂离子电导率高，扩散系

5、数10-9～10-7cm/s充电上限电压4.3V，高于此电压基本结构会发生改变制备方法固相合成法（0≤x≤0.5）LiNiO2正极材料与LiCoO2相比，LiNiO2具有的优势制备困难：制备电化学性能良好且具有化学计量结构的LiNiO2条件非常苛刻制备的LiNiO2一般表示为Li2xNi2-2xO2，x在0.3～0.5范围内变化改性主要有掺杂和包覆处理,较为成功的是Co的掺杂镍钴铝NCA（LiNiyCoxAlzO2）高容量，可达到185mAh/g;倍率性能好；高体积比能量，提升10%以上；相对好的安全性，较低的放热量。优点缺点Ni4+活性高，与电解液发生负反应；充放电过程产生大量气体；锂

6、锰氧化物Mn资源非常丰富、无毒、价廉;锂锰氧化物是最有希望取代锂钴氧化物的正极活性物质1.尖晶石型LixMn2O4立方结构当1

7、erials─LiNixMnyMzO2LiNi1/2Mn1/2O2LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2嵌锂磷酸盐正极材料LiMPO4（M=Mn、Fe、Co、Ni）正极材料中，以LiFePO4的研究最为突出，理论值170mAh/g左右实际放电容量>160mAh/g,大电流下放电比容量>130mAh/g,其在原料来源、成本、环保和化学稳定性方面也都令人满意。影响材料的最主要因素是LiFePO4室温下的低电导率负极材料碳负极材料：石墨典