锂离子电池正极材料技术进展_孙玉城.
锂离子电池正极材料发展趋势
锂离子电池正极材料发展趋势
1. 高镍正极材料：由于高能量密度、高电压和较高的容量保持率，高镍正极材料已成为锂离子电池领域的主要趋势。
这种材料与低钴、低铁和低镁含量的正极材料相比，具有更好的稳定性和循环寿命。
2. 固态电解质：与液态电解质相比，固态电解质具有更好的安全性和稳定性，且不会泄漏或起火。
这种新型材料广泛应用于高性能锂离子电池中。
3. 低成本正极材料：随着新一代电动汽车的崛起，锂离子电池的需求量与日俱增。
于是，低成本正极材料的研究变得越来越重要。
一些研究人员正在寻找新的材料和制备方法，以获得更便宜、更可持续的正极材料。
4. 高容量材料：高容量正极材料可以提高电池的能量密度，从而延长电池寿命并提高性能。
一些新型正极材料，如钙钛矿和锂钴氧化物，具有更高的容量和更长的寿命。
5. 高温稳定材料：高温稳定材料可以在高温环境下保持电池的性能和稳定性。
这种材料在电动汽车和航空航天等领域中应用广泛。
锂离子电池正极材料改性研究进展
N C A 材 料 ，由场发射扫描电镜（FESEM )结 果 可 知 ， N C A 材料均匀地分散在石墨烯纳米片当中，电性能 测试结果显示，包 覆 后 材 料 在 0.1 t 放电比容量由 194.8mA‘h’g—1提升至 a n .Qm A'h'g—1, 倍 率 性 能 、循 环性能都得以提升。
成 一 层 保 护 层 ，防 止 电 解 液 分 解 时 对 材 料 结 构 的 破 坏 。通过对改性后的材料进行表征可以发现，L P A N 掺杂包覆不但提高了锂离子的迁移率，同时也提高 了正极材料的电化学性能。W A N G 161等通过化学沉 淀 法 在 事 先 利 用 M g 掺 杂 的 L i C 〇02 表面包覆了 Z K X F 、层 。通过电化学测试后发现改性后的材料在 3~4.5 V 的电压范围内仍具有良好的循环稳定性，同 时容量保持率也得到了提高。分析可知，元 素 Mg 的掺杂可以稳定L i C 〇0 2的晶体结构，同时包覆层抑 制 正 极 材 料 和 电 解 液 发 生 副 反 应 ，这样电 池 的 循 环 性能就得到了很大的提升。
由于富镍材料相对钴酸锂体系具有更高的容量 密 度 ，同 时 成 本 更 低 &对 环 境 污 染 小 ，因此被视为 未来电池正极材料的候选材料。由于高镍层状正极 材料的结构稳定性以及热稳定性较差，因此会引起 电 池 容 量 的 衰 减 问 题 ，这 将 严 重 影 响 电 化 学 性 能 ， 通 过 分 析 发 现 材 料 的 失 效 主 要 归 因 于 ：① 在 高镍锂 电 正 极 材 料 中 ，由 于某些的原因 导 致 一 些 过 渡 金 属 的阳离子与过渡锂离子发生混合占位的现象，称为 阳离子的混排。在 高 镍 系 材 料 中 主 要 存 在 N i /L i 的 混 排 [7]。② 材 料 表 面 容 易 发 生 相 变 ，且 此 相 变 过 程 是不可逆的。③ 界 面发生副反应。④ 当材料在截止 电压较高的充放电环境下长期进行充放电循环时， 晶格边界处由于材料应力放电深度变化的诱导产生 微裂纹。
锂离子电池正极材料的研究进展
锂离子电池正极材料的研究进展锂离子电池正极材料的研究进展随着清洁能源的发展，锂离子电池作为一种高能量、高功率密度的电池，已被广泛应用于移动物体、电动汽车、储能系统等方面，锂离子电池中的正极材料是实现高性能锂离子电池的关键。
本文将从锂离子电池正极材料的发展历程、材料的结构与性能、新型材料的研究和应用等方面展开详细的介绍和分析。
一、锂离子电池正极材料的发展历程20世纪80年代中后期，最早的锂离子电池是由四种材料构成的：平板石墨负极、聚乙烯隔膜、液态电解质和金属氧化物正极。
但是，由于金属氧化物正极的电化学性能不佳，限制了锂离子电池的应用，于是人们开始研究新型的锂离子电池正极材料。
1990年，日产汽车公布了采用碳酸锂电解液和三元材料（LiCoO2）的锂离子电池作为电动汽车动力源的计划。
1997年，索尼公司发布了使用锰酸锂（LiMn2O4）作为正极材料的锂离子电池，在实验室内能够实现高达1000次充放电循环，在国际市场上得到了广泛的推广。
之后，锂离子电池正极材料的研究进入了全新的阶段，市场上出现了一大批新型材料，如LiFePO4、LiNi0.33Mn0.33Co0.33O2等，已成为锂离子电池领域中的热门研究方向。
二、锂离子电池正极材料的结构与性能锂离子电池正极材料的结构一般是层状结构、尖晶石结构、钠层化合物结构、硅基嵌入化合物结构、钙钛矿结构和氧化物渗透缺陷结构，其物理化学性质也有所不同。
LiCoO2是最早应用于锂离子电池的材料之一，其具有较高的理论容量和电化学效率，但是由于其参数退化、安全性差以及高的成本等问题，不断推进了对新型的锂离子电池正极材料的研究。
LiFePO4是一种锂离子电池正极材料，它具有高的理论容量、低的电化学电位和充电的极高可逆性，但是其电导率较低，电量功率较低，在高功率环境下却发生了否决性的出现。
LiMn2O4是一种高性能的锂离子电池正极材料，其较高的电化学反应速度能够有效提高锂离子电池的安全性，但是容易发生相关的氧化还原反应，导致容量的降低。
锂离子电池正极材料研究进展
锂离子电池正极材料研究进展锂离子电池是目前广泛应用于移动电子设备和电动车辆等领域的重要能量存储设备，其正极材料的性能对电池的性能和循环寿命有着至关重要的影响。
近年来，针对锂离子电池正极材料的研究逐渐受到了广泛关注。
在这篇文章中，将介绍一些最新的研究进展。
首先，锂离子电池正极材料的研究主要集中在提高材料的能量密度和循环寿命。
目前市面上常见的锂离子电池正极材料是钴酸锂（LiCoO2）、锰酸锂（LiMn2O4）和锂铁磷酸锂（LiFePO4）。
然而，这些材料在使用过程中存在着一些问题，比如钴酸锂存在着资源稀缺和价格昂贵的问题，锰酸锂的电化学性能相对较差，锂铁磷酸锂的能量密度较低等。
因此，研究人员开始寻找替代材料。
一种备受关注的材料是含有镍的过渡金属氧化物，比如锂镍钴锰氧化物（Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2）。
这种材料具有较高的能量密度和较长的循环寿命。
另外，研究人员还探索了硅和硫等材料作为锂离子电池正极材料的替代品。
其次，锂离子电池正极材料的微观结构调控也成为一个研究热点。
通过控制正极材料的粒径、纳米结构和晶体结构等参数，可以调节材料的电化学性能。
比如，一些研究表明，通过控制锂离子电池正极材料的晶体结构，可以实现更高的能量密度和更好的循环稳定性。
此外，锂离子电池正极材料的表面改性也引起了广泛关注。
通过在正极材料的表面形成一层保护膜，可以提高材料的循环稳定性和抗固相界面反应能力。
一些研究表明，通过硅、氟等元素的表面覆盖，可以显著改善正极材料的循环性能和容量保持率。
总体来说，锂离子电池正极材料的研究进展主要包括寻找新的材料、微观结构调控和表面改性。
通过这些研究，可以不断提高锂离子电池的能量密度和循环寿命，进一步推动锂离子电池在移动电子设备和电动车辆等领域的广泛应用。
随着移动电子设备和电动车辆市场的不断扩大，对锂离子电池正极材料的需求也越来越迫切。
因此，研究人员在锂离子电池正极材料的改进和创新上投入了大量的精力。
锂离子电池正极三元材料的研究进展及应用
锂离子电池正极三元材料的研究进展及应用一、本文概述随着全球能源危机和环境污染问题的日益严重，锂离子电池作为一种高效、环保的能源储存和转换方式，已经在电动汽车、移动电子设备等领域得到了广泛应用。
其中，正极材料作为锂离子电池的重要组成部分，其性能直接影响到电池的能量密度、循环寿命和安全性能。
因此，研究和开发高性能的正极材料是锂离子电池领域的重要研究方向。
本文将对锂离子电池正极三元材料的研究进展和应用进行全面的综述，旨在探讨其发展趋势和未来应用前景。
本文将简要介绍锂离子电池的基本原理和正极材料的重要性。
然后，重点分析三元材料的结构特点、性能优势以及存在的问题和挑战。
接着，综述近年来三元材料在合成方法、改性技术和应用领域的研究进展，包括纳米化、复合化、掺杂等改性手段对三元材料性能的影响。
展望三元材料在未来的发展趋势和应用前景，提出可能的研究方向和建议。
通过本文的综述，旨在为相关领域的研究人员和企业提供有益的参考和启示，推动锂离子电池正极三元材料的研究和应用进一步发展。
二、三元材料的基本性质三元材料，又称为三元正极材料，是锂离子电池中的关键组成部分，对电池的能量密度、功率密度以及循环寿命等性能起着决定性的作用。
其一般化学式可表示为LiNixCoyMn1-x-yO2 (NCM) 或LiNixCoyAlzO2 (NCA)，其中x、y、z为各元素的摩尔比例，可根据需要进行调整以优化材料的性能。
高能量密度：三元材料具有较高的比容量，这使得锂离子电池在相同体积或重量下能够存储更多的能量，因此适用于高能量需求的电子设备或电动车等领域。
良好的电化学性能：三元材料具有良好的电子导电性和离子迁移率，这有助于提高电池的充放电效率和循环稳定性。
其结构稳定，能够在充放电过程中保持结构的完整性，减少电池容量的衰减。
安全性：三元材料在高温下具有较好的热稳定性，能够有效防止电池热失控的发生。
同时，其结构中的元素均为无毒或低毒元素，对环境和人体健康影响较小。
动力型锂离子电池正极材料的发展与比较
动力型锂离子电池正极材料的发展与比较青岛新正锂业有限公司孙玉城1、尖晶石锰酸锂与磷酸铁锂的发展状况目前最有希望应用于动力型锂离子电池的正极材料主要有改性锰酸锂（LiMn2O4）、磷酸铁锂（LiFePO4）和镍钴锰酸锂（Li(Ni,Co,Mn)O2）三元材料。
日本和韩国目前主要开发以改性锰酸锂和镍钴锰酸锂三元材料为正极材料的动力型锂离子电池，如丰田和松下合资成立的Panasonic EV能源公司、日立、索尼、新神户电机、NEC、三洋电机、三星以及LG等。
美国主要开发以磷酸铁锂为正极材料的动力型锂离子电池，如A123系统公司、Valence公司。
而德国等欧洲国家主要采取和其它国家电池公司合作的方式发展电动汽车，如戴目勒奔驰和法国Saft联盟、德国大众与日本三洋协议合作等。
但目前德国的大众汽车和法国的雷诺汽车在本国政府的支持下也正在研发和生产动力型锂离子电池。
国内目前普遍选择磷酸铁锂作为动力型锂离子电池的正极材料，从政府、科研机构、企业甚至是证券公司等市场分析员都看好这一材料，将其作为动力型锂离子电池的发展方向。
分析其原因，主要有下列两点：首先是受到美国研发方向的影响，美国Valence与A123公司最早采用磷酸铁锂做锂离子电池的正极材料；其次是国内一直没有制备出可供动力型锂离子电池使用的具有良好高温循环与储存性能的锰酸锂材料。
但磷酸铁锂也存在不容忽视的根本性缺陷，归结起来主要有以下几点：1、在磷酸铁锂制备时的烧结过程中，氧化铁在高温还原性气氛下存在被还原成单质铁的可能性。
单质铁会引起电池的微短路，是电池中最忌讳的物质。
这也是日本一直不将该材料作为动力型锂离子电池正极材料的主要原因；2、磷酸铁锂存在一些性能上的缺陷，如振实密度与压实密度很低，导致锂离子电池的能量密度较低。
低温性能较差，即使将其纳米化和碳包覆也没有解决这一问题。
3、材料的制备成本与电池的制造成本较高，电池成品率低。
磷酸铁锂的纳米化和碳包覆尽管提高了材料的电化学性能，但是也带来了其它问题，如合成成本的提高、电极加工性能不良以及对环境要求苛刻等问题。
锂离子电池正极材料的研究进展
锂离子电池正极材料的研究进展随着现代社会科学技术的不断发展，电池作为能量存储和转化的一种形式，已经成为了我们日常生活中必不可少的一部分。
其中，锂离子电池由于其重量轻、体积小、储能量大以及循环寿命长等优点，成为了当前最常用的电池类型之一。
而锂离子电池的核心组成部分便是正极材料，其性能的优劣直接决定了电池的性能。
因此，正极材料的研究一直是锂离子电池领域的重要研究课题。
本文将对锂离子电池正极材料的研究进展进行综述。
一、锂离子电池正极材料的种类及其优缺点在锂离子电池的正极材料中，最常见的是锂钴氧化物（LiCoO2）、锂镍钴铝氧化物（NCA）、锂铁磷酸（LiFePO4）、锂锰氧化物（LiMn2O4）和三元材料LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2（NCM）等。
这些材料具有不同的结构，性能和成本等特点，它们的使用也会受到电池的应用领域和终端设备的要求等多种因素的影响。
其中，锂钴氧化物作为第一代正极材料，具有高的储能量和较高的系统电压，但其价格昂贵，含有的钴元素资源匮乏，同时热稳定性和安全性能也有所欠缺；NCA具有高能量密度、长寿命和优异的功率性能，并且所含有的材料成分也比较丰富，但其制备成本较高，同时在高温和高电压下易发生失稳和过热等安全问题；LiFePO4的循环寿命长，热稳定性好，同时价格较为低廉，但它的理论储能量低、电导率差，同时在高功率放电和低温放电等情况下其性能明显下降；LiMn2O4具有低成本、高电导率和热稳定性好等优点，但其含有锰元素，易受到水解和氧气氧化等因素的影响，同时循环寿命也不如其他材料长；NCM作为新型锂离子电池材料，具有高能量密度、优异的耐热性和循环寿命等特点，但其价格较高，同时还存在着容量衰减快和失稳的问题。
总的来说，各种材料都具有各自的特点和适用范围，根据实际需求选择合适的正极材料十分必要。
二、锂离子电池正极材料的研究进展随着人们对新能源和环境保护要求的不断提高，锂离子电池在挑战和追求更高性能的过程中，锂离子电池正极材料也在不断地进行研究和改进。
锂离子电池正极材料进展
１ ９ 年 实 现商 品化 ， 随后 的 １ 年 中 ， ９１ 在 ０余 其商 业化
进程 取得 了突 飞猛 进 的发展 。 为新价格 比，其应用 前景 被 十 分看 好 。 目前 为止 ， 锂离 子 电池不但 已经 在笔 记本 、 移动 电话 、 录机 、 器装 备等 移动 电子终 端设 备领 摄 武 域 占据 了主导 地位 ，而且 在 国内外 正竞相 开发 的电 动汽 车 、 天 和储能 等领 域也 崭露 头角 ． 其 是大 容 航 尤 量锂 离子 二次 电池成 为研 究 的热点『３ Ｉ。 ＿ 】 锂离 子 电池 的发展 经过 了锂 电池 和锂离 子 电池
于 负 极 材 料 （ ｉ Ｏ 、ｉ 等 ） 嵌 锂 电 位 较 高 ＬＭｎ ：ＬＷＯ 的 （．～ ． Ｖ，ｉ ｉ ， ０７ ２ Ｌ／ 因此 未能 实际应 用 。 ０ Ｌ） １９ ９ ０年 日本 Ｓ ｎ ｏ ｙ能源 技术公 司首 先推 出 Ｉ Ｃ Ｊ ｉ ＬＣ０ 一 Ｃ Ｅ １ｉ Ｏ 实用 型 锂 离子 电池 。该 电池 ｉ１ ４Ｐ ＋ ＣＬ Ｃ ２
过程 中锂 离子 易沉 积在 金属锂 负极 的表 面形 成锂 枝
车产 业发 展规 划 ， 明确 了今后 电动汽 车的发 展 目标 ，
争取 到 ２ １ ０ ５年 ． 电动汽 车和 插 电式 ｝ 合 动力 汽 车 纯 昆
累计 产销 量达 到 ５ ０万 辆 ， ２ ２ 到 ０ ０年超 过 ５ ０万 辆 。 ０ 而 锂 离子 电池 成 为车 用 动力 电池 的 主要 发展 方 向 ，
阶段 。 电池 一般 指锂一 次 电池 和锂二 次 电池 ． 种 锂 这
既克 服 了锂 二 次 电池 循环 寿命低 、 安全 性差 的缺 点 ， 又较 好地保 持 了锂二 次 电池 高 电压 、高 比能量 的优
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锂离子电池正极材料技术进展孙玉城 1, 2(1. 青岛科技大学新材料研究重点实验室 , 山东青岛 266042; 2. 青岛新正锂业有限公司摘要 :概述了国内外近 30a 有关锂离子电池正极材料的研究进展以及笔者在锰系正极材料方面的研究结果 ; 比较了几种主要正极材料的性能优缺点 ; 阐明了正极材料发展方向。
近期镍钴锰酸锂三元材料将逐步取代钴酸锂 , 而改性锰酸锂和镍钴锰酸锂三元材料以及两者的混合体将在动力型锂离子电池中获得广泛使用。
在未来 5~10a , 高容量的层状富锂高锰型正极材料或许会是下一代锂离子电池正极材料的有力竞争者。
关键词 :锂离子电池 ; 正极材料 ; 技术进展中图分类号 :TQ131.11文献标识码 :A 文章编号 :1006-4990(2012 04-0050-05 Technology development in cathode materials of lithium ion batterySun Yucheng 1, 2(1. Novel Material Research Focus Laboratory , Qingdao University of Science and Technology ,Qingdao 266042, China ; 2. Qingdao LNCM CompanyAbstract :The technology development in the main cathode materials of lithium ion battery at home and abroad of the past 30 years and the author ′ s research results of Mn-based cathode materials were discussed respectively.Advantages and disadvan -tages of the main cathode materials and opinions of the development trend in the cathode materials of lithium ion battery were summarized.It was believed that Li (Mn , Co , Ni O 2is going to replace LiCoO 2and LiMn 2-x A x O 4or Li (Mn , Co , Ni O 2or the mixtureof both will be widely used in the power lithium ion battery.In the coming 5~10a , the layered structure material might be the potent competitor in the next lithium ion battery , which is the chemical formula of Li 2MnO 3-Li (Mn , Co , Ni O 2and has a higher capacity.Key words :lithium ion battery;cathode materials;technology development1锂离子电池正极材料概述锂离子电池正极材料的研究开始于 20世纪 80年代初。
J.B.Goodenough 课题组最早申请的钴酸锂 (LiCoO 2 [1]、镍酸锂 (LiNiO 2 [1]和锰酸锂 (LiMn 2O 4 [2]的基本专利 , 奠定了正极材料的研究基础。
镍酸锂尽管具有超过 200mA ·h/g的放电比容量 , 但由于其结构稳定性和热稳定性差 , 没有在实际锂离子电池中得到使用。
目前 , 锰酸锂在中国主要用于中低端电子产品中 , 通常和钴酸锂或者镍钴锰酸锂三元材料混合使用 ; 在国际上 , 特别是日本和韩国 , 锰酸锂主要是用于动力型锂离子电池中 , 通常是和镍钴锰酸锂三元材料混合使用。
到目前为止 , 钴酸锂仍在高端电子产品用小型高能量密度锂离子电池领域占据正极材料主流位置 , 尽管其被镍钴锰酸锂三元材料取代的趋势不可逆转。
J.B.Goodenough 等 [3]在 20世纪 90年代发现的磷酸铁锂 (LiFePO4正极材料在中国最近 5a 掀起了投资和产业化的热潮。
同样在 20世纪 90年代 , 从研究基本材料体相掺杂改性而发展起来的镍钴酸锂二元材料 (LiNi1-xCo x O 2 [4]和尖晶石结构的 5V 材料 (LiMn 2-x M x O 4, M=Ni, Co , Cr 等 [5]也被广泛研究 , 尽管没有产业化。
进入 21世纪以来 , 镍钴锰酸锂三元材料 [Li (Ni , Co , Mn O2][6-7]和层状富锂高锰材料 [Li 2MnO 3-Li (Ni , Co , Mn O 2][8-9]的研究和开发成为热点 , 其中镍钴锰酸锂三元材料在 2001— 2011年实现了商业化 , 而层状富锂高锰材料也许会在 2011— 2020年成为锂离子电池正极材料的主流。
在构成锂离子电池正极材料的 3个核心要素 (含有锂离子、具有可变价过渡金属以及适合锂离子脱嵌的空间结构中 , 锂离子的含量和可变价过渡金属得失电子量决定了材料的理论比容量 , 过渡金属和空间结构决定了材料的脱嵌锂离子的电位 , 空间结构也直接关系到材料的实际发挥容量、倍率性能电池材料第 44卷第 4期 2012年 4月无机盐工业INORGANIC CHEMICALS INDUSTRY50以及安全性等指标。
各国学者对正极材料的研究主要集中在两个方面 :一是发现新材料 , 美国在这种基础研究中处于垄断地位 , 目前几种正极材料基本上都是美国学者发现的 ; 二是改进现有材料存在的主要问题 , 特别是在锂离子电池中的应用问题 , 这方面的应用研究日本处于领先地位。
在锂离子电池商业化以前的 20世纪 80年代 , 正极材料处于基础研究时期 , 而 21世纪以来 , 正极材料主要集中在应用研究方面 , 特别是正极材料在动力型锂离子电池中的应用。
目前每种正极材料都存在一些主要缺点 , 如钴酸锂的高成本与有限可逆比容量、锰酸锂的高温循环与储存性能差、镍钴锰酸锂三元材料的低压实密度、磷酸铁锂存在微量铁的溶解引起电池可能的短路问题以及批次一致性差和低温性能差等。
围绕这些主要应用障碍 , 国内外机构进行了大量深入的研究 , 归纳起来 , 其解决方案主要有 3种 :体相掺杂 ; 表面修饰改性 ; 采用新型的制备工艺。
体相掺杂是将其他元素加入到材料的结构中 , 材料的晶体结构基本保持不变。
其掺杂的有效性主要通过试验测试分析验证 , 从理论上很难事先做出有效预测。
掺杂改性作为一种有效的提高材料性能的手段 , 在过去二十几年正极材料的研究中取得了丰硕的成果 , 如锰酸锂中掺杂元素铝改善其高温循环与储存性能 ; 发现了5V 尖晶石结构的材料 , 如 LiNi 0.5Mn 1.5O 4、 LiCoMnO 4、 LiCr 0.5Mn 1.5O 4、LiFe 0.5Mn 1.5O 4、 Li 1.01Cu 0.32Mn 1.67O 4等 ; 在层状结构钴酸锂、镍酸锂等掺杂研究中 , 形成了镍钴酸锂二元与镍钴锰酸锂三元正极材料。
在 21世纪初 , 随着人们对正极材料和电解液界面重要性的认识 , 正极材料的表面修饰改性成为了研究的热点领域 , 许多学者将其称为表面包覆。
但笔者认为将这一工艺过程命名为表面修饰更为确切一些 , 因为包覆后的材料在热处理过程中 , 无机氧化物修饰材料与基体之间会发生化学反应。
将高温烧结合成后的钴酸锂和锰酸锂混合 , 在 300℃以上两者就会发生化学反应 , 这在 DSC 和 XRD 上都有所体现。
因此 , 大多数的无机材料表面包覆其实是一个表面掺杂的过程 , 有机物或者碳的包覆除外。
Al 2 O 3、MgO 、 ZnO 、 AlPO 4、 ZrO 2等都作为修饰材料被广泛研究过。
尽管表面修饰改性对正极材料性能的改善在实验室的研究取得了较好的效果 , 但是在产业化中没有得到有效应用 , 其原因主要在于正极材料颗粒大小与形貌的多样性以及表面修饰改性工艺的不可控制性。
基体材料微观颗粒的多样性决定了利用一种表面修饰改性工艺要在所有颗粒表面均匀包覆一种修饰材料的想法是没办法实现的 , 并且修饰材料在高温处理过程中颗粒也会长大。
磷酸铁锂的碳包覆工艺被认为是比较成功的表面包覆案例 , 这主要是因为碳在磷酸铁锂颗粒表面的稳定性。
即使这样 , 也会有比较多的碳游离在磷酸铁锂颗粒之间 , 属于和磷酸铁锂简单物理混合。
制备工艺主要影响材料结晶度、微观组织形貌、金属元素分布均一性以及成本和环境。
合成工艺的改进对镍钴锰酸锂三元材料的发展起到了决定性的作用。
2主要正极材料的技术进展钴酸锂、改性锰酸锂、磷酸铁锂和镍钴锰酸锂三元材料是近期被广泛应用的 4种正极材料。
在电子产品应用领域 , 正极材料主要以钴酸锂和镍钴锰酸锂三元材料为主 , 两者通常可以混合使用 , 未来镍钴锰酸锂三元材料会逐步取代钴酸锂。
而在动力型锂离子电池领域 , 目前可供选择的材料体系主要是改性锰酸锂、磷酸铁锂和镍钴锰酸锂三元材料。
单从材料的性能来说 , 镍钴锰酸锂三元材料能量密度最高 , 综合性能优异 , 但存在安全性和镍钴金属的稀缺性问题。
2.1钴酸锂钴酸锂自从锂离子电池商业化以来 , 一直作为正极材料的主流被应用。
其主要技术进展发生在 2000年前后的高密度化合成工艺。
通过提高烧结温度和增加烧结次数 , 合成出十几微米以上的单晶一次晶粒 , 将钴酸锂电极的压实密度提高到4.0g/cm3以上。
最近研究通过表面修饰改性和掺杂提高钴酸锂的充电电压 , 从而提高该材料的比容量。
钴酸锂在实际锂离子电池中受限于 4.2V 充电电压主要是由于其在更高电压下结构的不稳定性引起的。
由于表面修饰改性这种技术方案只能达到不完全的表面性质改变 , 因此其在解决钴酸锂高电压下的晶体结构不稳定性问题上的可行性值得怀疑。
体相掺杂作为一种改变材料结构性质的手段 , 可以起到稳定结构的作用。
但过去的研究结果表明 , 几乎所有元素的掺杂对钴酸锂的性能没有多少有利的影响 , 包括 Al 、 Mg 、 Ti 、 Ca 、 Cr 等。
因此 , 在通过提高充电电压来进一步提高材料的可逆比容量方面 , 镍钴锰酸锂三元材2012年 4月孙玉城 :锂离子电池正极材料技术进展 51料比钴酸锂更有优势 , 因为镍钴锰酸锂三元材料的晶体结构在 4.2V 以上电压下是稳定的。