锂离子电池正极材料晶体结构及16页PPT

锂离子电池正极材料知识概述PPT(共 42张)

压实密度
压实密度与材料的理论密度和颗粒形貌、粒度分布等有关。理论密度 = 单胞内原子总质量/单胞体积
三元材料可以看作为Ni、Co和Mn取代LiCoO2中的Co，与 LiCoO2同为六方结构，都属R-3m空间群。 Ni、Co和Mn的原子量、离子半径相近，因此理论密度相近。
在实际应用中，LiCoO2的压实密度（RX767）可达4.2 g/cm3，
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。
3. 锂离子电池正极材料
3.1 LiCoO2
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。
LixMn2O4在过放电（1 x 2）的情况下，在3 V左右出现电压平台，锂离子嵌入到空的16c 八面体位置，产生结构扭曲，原来的立方体 LiMn2O4转变为四面体Li2Mn2O4，锰从3.5价还原为3.0价。该转变伴随着严重的Janh-Teller畸变， c/a变化达到16％，晶胞体积增加6.5％，导致表面的尖晶石粒子发生破裂。因此，LiMn2O4只能作为理想4 V锂离子电池正极材料，其理论容量为148 mAh/g，实际容量为120 mAh/g。
3.1.1 LiCoO2的结构
3
1
4 2
Co3+ (3b)
O2 (6c)
Li+ (3a)
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。

《锂离子电池》课件

安全性能与环境影响
安全性能
锂离子电池的安全性能是其应用领域的重要考量因素。由于锂离子电池内部存在可燃物质，不当使用或过充过放可能导致电池起火或爆炸。因此，提高锂离子电池的安全性能是技术发展的重要方向。
环境影响
锂离子电池在使用和处理过程中可能对环境产生一定影响。主要包括废旧电池处理问题、电解液泄漏和重金属元素释放等。因此，发展环保型的锂离子电池技术也是当前的重要研究方向。
能量密度与功率密度
能量密度
锂离子电池的能量密度是指单位体积或质量所存储的电能，是衡量电池储能能力的重要指标。提高能量密度是锂离子电池技术发展的重要方向。
功率密度
锂离子电池的功率密度是指单位体积或质量所输出的电能，是衡量电池快速充放电能力的重要指标。提高功率密度有助于提升电动汽车等设备的加速性能和响应速度。
为锂离子电池产业提供更广阔的发展空间。
06
锂离子电池的挑战与解决方案
锂离子电池的安全问题与解决方案
总结词
锂离子电池的安全问题是当前面临的重要挑战，包括过热、过充、短路等情况下的安全隐患。
详细描述
为了解决锂离子电池的安全问题，需要采取一系列措施，如改进电池设计、提高电池管理系统智能化水平、加强生产工艺控制等。此外，研发新型安全材料也是重要的研究方
工作原理
锂离子电池通过锂离子在正负极之间的迁移实现电能的储存和释放。充电时，锂离子从正极脱出，通过电解液和隔膜迁移到负极并嵌入；放电时，锂离子从负极脱出，通过电解液和隔膜迁移到正极并嵌入，同时电子通过外电路传递形成电流。
锂离子电池的种类
01
02
03
根据正极材料
钴酸锂、磷酸铁锂、三元材料等。
根据用途

锂离子电池正极材料 ppt课件

PPT课件
7
二、锂离子电池对正、负极材料的要求
(1) 具有稳定的层状或隧道的晶体结构。
(2) 具有较高的比容量。
(3) 有平稳的电压平台。
(4) 正、负极材料具有高的电位差。
(5) 具有较高的离子和电子扩散系数。
(6) 环境友好。
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8
锂电关键技术---正极材料
商品化锂离子电池中正极材料（LiCoO2）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。
锂离子电池正极材料
PPT课件
1
一、锂离子电池回顾
* 锂离子电池工作原理
PPT课件
2
*锂离子电池电极反应
充电
正极反应: LiCoO2
放电
负极反应: 6C+xLi++xe-
Li1-xCoO2+xLi++xe-
充电
放电 LixC6
充电
电池反应: 6C+LiCoO2
放电
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Li1-xCoO2+ LixC6
Ni-based
LiNiO2
Co-based
LiCoO2
PO4-based
LiMPO4
主要正极材料
Mn-based
LiMn2O4
容量、稳定性、制备条件
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成本、安全、环保
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三、锂离子电池正极材料
大多数可作为锂离子电池的活性正极材料是含锂的过渡金属化合物，而且以氧化物为主。目前已用于锂离子电池规模生产的正极材料为LiCoO2。PPT课件19
LiNi1yCoyO2的电化学性能与其组成密切相关，Co的加入能够提高电化学循环稳定性。稳定性的提高；但是

锂离子电池正极材料(1)幻灯片PPT

3、Olivine（橄榄石） Mn…..）
LixMPO4
（M=Fe、
§5.3.1具有α-NaFeO2型结构的材料
一、 LiCoO2 ,LiNiO2 ,LiMnO2几种材料二、材料改进措施
三、正极材料的合成方法 § 5.3.2 具有尖晶石结构的LiMn2O4正极材料 § 5.3.3 具有橄榄石型的复合阴离子正极材料
=Li(oct)M(oct)O2(cp)
❖ 在锂离子电池中，LiMO2为还原态产物，充电时被氧化成MO2。
❖ 晶格结构的另一个特征是在MO2中锂离子占据的八面体位置互相连成一维隧道或二维、三维空间，以便锂的
2、LiCoO2
❖ 层状LiCoO2的研究始于1980年，在理想层状LiCoO2结构中，Li+ 和Co3+各自位于立方紧密堆积氧层中交替的八面体位置，c/a比为 4.899，但是实际上，由于Li+和Co3+与氧原子的作用力不一样，氧原子的分布并不是理想的密堆结构，而是发生偏离，呈现三方对称性。
Li1－xCoO2存在的问题：
当锂脱出0.5左右时会发生：发生可逆相变，从三方对称性转变成为单斜对称性，但不会导致 CoO2次晶格发生明显破坏，因此认为在循环过程中不会导致结构发生明显的退化；
❖ 但衰当减锂，脱并出伴大随于着0钴.5的时损，失C。oO该2损不失稳是定由，于容钴量从发其生所在的平台迁移到锂所在的平面，导致结构不稳定，而且钴离子通过锂离子所在的平面迁移到电解质中。因此， X 射线衍射表明， x<0.5 ， CoCo原子间距稍微降低，而x>0.5，Co-Co原子间距反而增加。
3、 LiNiO2
与LiCoO2相比,LiNiO2价格便宜，实际脱锂量要高出30mAh/g

锂离子电池三元正极材料ppt

失效机制
容量衰减
明确三元正极材料的失效机制，为优化电池的循环寿命提供理论支持。
研究三元正极材料在充放电过程中的容量衰减机制，以为延长电池寿命提供技术支持。
08
参考文献
参考文献
文章标题：锂离子电池三元正极材料的研究进展作者：张三、李四、王五发表时间：2020年
THANKS
谢谢您的观看
，可以优化其晶体结构、提高电子导电性和离子扩散系数，进而提高
电池的电化学性能。
02
离子掺杂
通过引入具有特定价态的离子（如Li+、H+、Na+等）对三元正极材
料进行掺杂改性，可以调整其能带结构和电子分布，提高电化学反应
活性和稳定性。
03
共掺杂
将两种或多种元素或离子同时掺入三元正极材料中，实现多元素协同
锂离子电池的工作原理主要涉及锂离子在正负极之间的迁移和插入反应。在充电过程中，锂离子从正极迁移到负极，放
电过程中则相反。
电压与能量
锂离子电池的正负极材料决定了电池的电压和能量密度。
充放电效率
充放电效率取决于多个因素，包括电池的化学性质、制造工
艺和使用条件等。
锂离子电池的正极材料
1 2
钴酸锂
三元正极材料是锂离子电池中的关键组成部分，直接影响电池的性能和安全性。
研究目的和意义
研究三元正极材料的目的是为了提高锂离子电池的能量密度、寿命和安全性，以满足日益增长的市场需求。
三元正极材料的研究对于推动电动汽车、储能系统等领域的发展具有重要意义。
02
锂离子电池概述
锂离子电池的工作原理
电极反应
多样化储能需求
随着可再生能源的大规模并网和分布式能源的发展，储能需求多样化，而三元正极材料具有高能量密度和良好的循环性能，适用于各种储能应用场景。

锂离子电池正极材料幻灯片PPT

锂离子电池正极材料幻灯片PPT
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电化学性能
LiCoO2
LiNiO2 LiMn2O4
数字指尖晶石结构中的晶体位置
二、LiMn2O4正极材料的电化学性能
❖ 当锂离子含量达到x=0.35时只有B相。
❖ 当x=0.5时电位下降至4.03V，同时晶格参数增大，此时一半的 Li8a 位被锂填满，电位下降缓慢，此后锂随机嵌入，形成固溶体，晶格参数的变化不明显，电位在4.03～3.9V。
migration of Mn(2+) to the negative electrode and deposition thereof
基于以上影响因素，对尖晶石材料采取的改性措施有以下三个方面。
一是体相掺杂，如掺入某些阳离子（Al、B、Co等）或阴离子（如F、S）、或同时掺入阳离子和阴离子可以减轻Mn的溶解；
二是表面包覆或表面修饰，如在表面形成一层络合物钝化层，来减少尖晶石与H+的接触，这既可减轻电极表面电解质的氧化，同时也降低了电极发生歧化反应的可能；
三是优化电极配方和晶粒粒度及分布
四、材料的改性
1、掺杂
Ni掺杂
Ni在LiMn2O4以二价形式存在，虽然锂的嵌入导致锰的平均价态低于3.5，即可达到3.3，但是并没有发现四方相的存在。它同钴、铬一样，能够稳定尖晶石结构的八面体位置(NiO2的Ni—O结合能为1029kJ／mol)，使循环性能得到提高。当充电电压从4.3V提高到4.9V时，发现在4.7V 附近有一新的电压平台，对应于镍从+2价变化到+4价，可作为5V锂二次电池的正极材料。

锂离子电池正极材料结构

锂离子电池正极材料结构
锂离子电池正极材料是锂离子电池的重要组成部分，其结构对于电池性能的影响至关重要。

目前常用的锂离子电池正极材料主要有三种结构：层状结构、尖晶石结构和钴酸盐结构。

层状结构的锂离子电池正极材料主要是钴酸锂和三元材料，其结构类似于石墨烯，由多个层状片组成，层状片之间存在着弱的范德华力，能够容纳锂离子的嵌入和脱出。

这种结构的优点是容易合成，具有较高的离子传输速率和较高的电化学性能，但其容量密度较低。

尖晶石结构的锂离子电池正极材料主要是锰酸锂、铁酸锂和钴酸锂等材料。

其结构由一个四面体晶格和一个八面体晶格组成，具有较高的离子传输速率和较高的容量密度，但是其循环寿命较短。

钴酸盐结构的锂离子电池正极材料是目前商业化应用最广泛的
材料，具有高容量密度和较长的循环寿命。

其结构类似于层状结构，由多个层状片组成，但层状片之间的相互作用力较强，容纳锂离子的能力较强。

在未来的发展中，锂离子电池正极材料的结构将朝着高容量密度、长循环寿命和高能量密度的方向发展。

同时，基于新型的锂离子电池正极材料的研究也将成为锂离子电池技术发展的重要方向。

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锂离子电池ppt

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4.电解质
2015年，全球电解液整体产量为11.1万吨，同比增长34.3%；中国电解液产量为6.9万吨，同比增长52.7%；从增长速度来看，中国电解液产量的增长速度明显高于全球。
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电解液一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐、必要的添加剂等原料组成，在一定条件下，按一定比例配制而成的，其中电解质在电解液成本中比重最大，也是电解液中技术壁垒最高的环节。
锂离子电池
纲要
1.介绍 2.正极材料
3.负极材料
4.电解质材料 5.隔膜材料
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1.介绍
锂离子电池结构组成
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工作原理
锂离子电池是一种以 Li+ 在正负极入嵌和脱嵌来回循环的二次储能电池。正极一般采用插锂化合物（右图以 LiCoO2为例），负极目前广泛使用石墨层间锂化合物 LixC6 ，电解质主要是 LiPF6 、 LiClO4等有机溶剂，溶剂分为碳酸乙烯酯 EC 、碳酸丙烯酯 PC 、碳酸二甲酯 DMC 和氯碳酸酯ClMC。充电时， Li+ 从正极脱出，经过电解质嵌入到负极，此过程中伴随电子从正极沿外电路到达负极，保持正负极电荷平衡；放电时， Li+ 从负极脱嵌，经电解质回归正极，同时电子从外电路经负载返回，故可以看做是一个可逆过程。所以一般要求 Li+ 在正负极来回入嵌、脱嵌过程中正负极材料晶体结构不会发生明显变化，而只引起材料层间距的变化。
单层 PE 25 21
单层 PE 25 26
离子阻抗/Ω cm2
2.23
2.55
1.36
1.85
2.66
2.56
孔隙率/% 熔化温度/℃