锂离子电池-正极材料及其包覆技术
锂离子电池正极材料的磷酸盐包覆改性研究进展
锂离子电池正极材料的磷酸盐包覆改性研究进展锂离子电池是一种广泛应用于便携式电子设备、电动汽车和储能系统中的重要能源存储技术。
正极材料是锂离子电池中最关键的部分之一，其性能直接影响着电池的容量、循环寿命和安全性。
磷酸盐包覆改性作为一种常用的改进策略之一，在提高正极材料的电化学性能方面具有重要的研究价值。
磷酸盐包覆改性是指在锂离子电池正极材料颗粒表面覆盖一层磷酸盐材料，以增强正极材料的电化学性能。
在包覆改性过程中，磷酸盐通常是以溶液形式喷涂到正极材料颗粒表面，然后通过热处理将磷酸盐转化为稳定的磷酸盐材料层。
磷酸盐包覆改性可以改善正极材料的电化学性能，同时提高电池的容量、循环寿命和安全性。
磷酸盐包覆改性主要包括热处理法、湿化学法和溶液法等不同的制备方法。
热处理法是目前研究最多的一种方法，通过高温处理，可以使磷酸盐材料均匀地包裹在正极材料的表面。
湿化学法是一种较为简单的制备方法，通过将磷酸盐溶液喷涂到正极材料表面，并通过干燥和热处理将磷酸盐转化为稳定的磷酸盐材料层。
溶液法则是将磷酸盐溶液浸渍到正极材料中，然后通过热处理将磷酸盐包覆在正极材料颗粒的表面。
磷酸盐包覆改性可以改善正极材料的结构稳定性和导电性能。
首先，磷酸盐材料可以在正极材料颗粒表面形成一层均匀的包覆层，有效保护正极材料的晶体结构，减少电池循环过程中的结构变化，从而提高电池的循环寿命。
其次，磷酸盐包覆层可以提供额外的锂离子传导路径，增强正极材料的导电性能，提高电池的容量和功率输出。
此外，磷酸盐材料还能吸收和稳定金属离子，如钴、镍和锰等，有效减少正极材料的金属溶解和电解液中的锂离子损失，从而改善电池的循环寿命和安全性能。
近年来，对磷酸盐包覆改性材料的研究主要集中在改进包覆方法、改进包覆层的结构和制备新型磷酸盐材料等方面。
一方面，研究人员通过控制包覆条件、溶液成分和热处理参数等来改进包覆方法，以提高包覆层的质量和稳定性。
另一方面，通过结构优化和新材料设计，研究人员致力于开发具有更好电化学性能的磷酸盐包覆层。
正极材料氧化物包覆掺杂的缺点-概述说明以及解释
正极材料氧化物包覆掺杂的缺点-概述说明以及解释1.引言1.1 概述正极材料氧化物包覆掺杂是一种重要的改进技术，被广泛应用于锂离子电池和其他能源储存设备中。
这种技术通过在正极材料表面包覆一层氧化物，并在其中掺入其他元素的方法，可以提高材料的电化学性能，延长电池的寿命，并增强能量密度。
然而，尽管正极材料氧化物包覆掺杂具有许多优点，但也存在一些缺点。
本文将重点讨论这些缺点，并深入解释它们对材料性能和应用的影响。
首先，缺点一是包覆层和掺杂元素可能会引入杂质，导致材料的纯度降低。
这些杂质可能来自于包覆层和掺杂元素的制备过程，或者在使用过程中的化学反应产生。
这些杂质对材料的电化学性能产生负面影响，例如降低了电池的容量和循环稳定性。
其次，缺点二是包覆层和掺杂元素可能导致正极材料的结构失序或失稳。
这是因为包覆层和掺杂元素的引入可能会改变材料的晶格结构，从而影响原子之间的相互作用和离子传导性能。
这种结构的失序或失稳可能导致材料的电化学性能下降，例如降低了材料的扩散系数和离子传导率。
最后，缺点三是包覆层和掺杂元素可能会增加材料的制备成本和工艺复杂度。
包覆层和掺杂元素的制备通常需要额外的工艺步骤和材料成本，这增加了材料的制备成本。
此外，制备过程中的工艺条件对包覆层和掺杂元素的性能和分布有重要影响，这增加了工艺的复杂性和不确定性。
总的来说，尽管正极材料氧化物包覆掺杂在提高材料性能和电池性能方面具有巨大潜力，但我们也必须认识到其存在的一些缺点。
通过深入了解这些缺点，并采取相应的改进措施，我们可以更好地利用和应用这一技术，推动能源储存领域的发展。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以编写为：本文将围绕正极材料氧化物包覆掺杂的缺点展开讨论。
文章结构主要包括三个部分：引言、正文和结论。
首先，在引言部分，将对本文的研究领域进行概述，介绍正极材料氧化物包覆掺杂的研究背景和重要性。
接着，将明确文章的结构，简要介绍各个章节的内容。
最后，明确本文的目的和研究目标，为后续的内容做铺垫。
锂离子电池正极材料掺杂和表面包覆研究综述
Vdl.8 No.Sl Dec. 2019第8卷第S1期2019年12月储能科学与技术Energy Storage Science and Technology'进展与评述j锂离子电池正极材料掺杂和表面包覆研究综述王栋心，郑莉莉心，杜光超"，3,张志超"，3,冯燕1,2,3,戴作强心「青岛大学机电工程学院；2青岛大学动力集成及储能系统工程技术中心；彳电动汽车智能化动力集成技术国家地方联合工程技术中心(青岛)，山东 青岛260071)摘要：随着国家政策对电动汽车的支持力度不断加大，锂离子电池的电化学性能瓶颈愈发凸显.本文综述了锂离子电池正极材料钻酸锂、猛酸锂、磷酸铁锂及三元材料在掺杂和表面包覆两种工艺对电池电化学方面的影响，并展望了掺杂和表面包覆两种工艺未来的研究方向.关键词：锂离子电池；正极材料；掺杂；表面包覆doi: 10.12028/j .issn.2095-4239.2019.0058中图分类号：TM912 文献标志码：A 文章编号：2095-4239 (2019) S1-043-06Review of doping and surface coating of cathode materials for lithiumion batteriesWANG Dong w , ZHENG Lili w , DU Guangchao w , ZHANG Zhichao w , FENG Ydn w , DAIZuoqiang w^College of Mechanical and Electrical Engineering, Qingdao University; 2Power Integration and Energy Storage System Engineering Technology Center of Qingdao University; ‘National and Local Joint Engineering Technology Center forIntelligent Power Integration Technology of Electric Vehicles (Qingdao), Qingdao 260071, Shandong, China)Abstract: With the increasing support of the national policy on the electric vehicle, the bottleneckof the electrochemical performance of the Li-ion battery is becoming more and more prominent. Thesafety of the lithium-ion battery has not been resolved since the material's chemical performance is limited. The effects of lithium, lithium, lithium iron phosphate and ternary materials on theelectrochemical performance of lithium-ion battery positive electrode material, lithium, lithiummanganate, lithium iron phosphate and ternary material on the electrochemical properties of the battery were summarized.Key words: lithium-ion battery; cathode material; mix; surface covering目前已商业化的锂离子电池正极材料主要有钻酸锂(LiCoC )2)、猛酸锂(LiMihOQ 、磷酸 铁锂(LiFePOQ 和三元材料［Li(Ni, CO, Mn)02］4种。
锂离子电池正极材料的ald包覆技术开发与应用
锂离子电池正极材料的ALD包覆技术开发与应用1. 应用背景锂离子电池作为目前最常用的可充电电池之一，在移动设备、电动汽车和储能系统等领域有着广泛应用。
而锂离子电池的性能主要受限于正极材料的性能，其中正极材料的包覆技术对于提高锂离子电池的性能具有重要意义。
传统上，锂离子电池正极材料常采用混合物或复合物形式，由于其表面积较大，会导致与电解液之间的接触面积增大，进而引起与电解液之间的副反应增多、容量衰减等问题。
因此，发展一种有效的包覆技术来改善正极材料与电解液之间的界面是非常必要和迫切的。
原子层沉积（Atomic Layer Deposition, ALD）作为一种精确控制薄膜厚度和成分的技术，在锂离子电池正极材料中得到了广泛应用。
本文将详细介绍ALD包覆技术在锂离子电池正极材料中的开发与应用情况。
2. 应用过程ALD包覆技术通过在正极材料表面逐层沉积一层薄膜，可以实现对正极材料的精确控制和改性。
下面将介绍ALD包覆技术在锂离子电池正极材料中的应用过程。
2.1 原子层沉积技术原子层沉积是一种以蒸发源和反应源为基础的表面修饰技术，通过周期性的注入蒸发源和反应源，使其分别与基底表面反应从而形成一层均匀、致密且具有精确厚度的薄膜。
ALD技术具有如下特点： - 反应条件温和，适用于各种基底材料； - 反应前驱体易得，并且可以通过调整反应条件来实现不同成分、厚度和形态的沉积；- 沉积过程可控性强，可以实现亚纳米级别的精确控制。
2.2 正极材料表面修饰在锂离子电池正极材料中，ALD包覆技术主要用于改善正极材料与电解液之间的界面性能，提高电池的循环性能和容量保持率。
常见的正极材料包括氧化物、磷酸盐等。
ALD包覆技术可以通过修饰正极材料表面来实现以下目标： - 增加电池的循环寿命：ALD可以在正极表面形成一层致密、均匀的薄膜，阻止电解液中的溶剂和金属离子进一步渗透到正极材料中，减少副反应的发生。
- 提高电池容量：ALD可以修饰正极表面，增加其与锂离子之间的接触面积，提高锂离子在正极材料中的嵌入/脱嵌速率。
硼包覆 正极材料
硼包覆正极材料
硼包覆正极材料是一种通过在正极材料表面包覆一层硼（B）来提高其性能
的技术。
这种技术可以增强正极材料的导电性和结构稳定性，从而提高其能量密度和循环寿命。
正极材料是锂离子电池中的重要组成部分，其性能直接决定了电池的能量密度、充放电速度和循环寿命等关键性能参数。
然而，正极材料在充放电过程中会发生体积变化，导致结构破裂和容量衰减。
为了解决这个问题，科研人员探索了多种表面改性方法，其中之一就是硼包覆。
硼包覆正极材料的制备方法主要包括化学气相沉积、溶胶凝胶法、物理气相沉积等。
这些方法可以在正极材料表面形成一层均匀、致密的硼涂层，从而提高其性能。
研究表明，硼包覆正极材料可以显著提高锂离子电池的循环寿命和能量密度。
这主要是因为硼涂层可以缓解正极材料在充放电过程中的体积变化，减少结构破裂和容量衰减。
此外，硼涂层还可以提高正极材料的导电性和结构稳定性，从而进一步提高其性能。
然而，硼包覆正极材料的制备过程比较复杂，成本较高。
同时，硼涂层的厚度和均匀性对正极材料的性能也有很大的影响，需要进一步优化和控制。
因此，未来的研究重点是如何实现硼包覆正极材料的低成本、大规模制备，以及如何进一步优化涂层的结构和性能，从而提高锂离子电池的整体性能。
如需更多关于“硼包覆正极材料”的信息，建议咨询电池领域专家或查阅相关最新研究文献。
锂离子电池正极材料的表面包覆
结论
利用几种包覆的方法，均能实现LiNi0.8Co0.2O2 的表面掺杂 包覆后在常温下，高温下的循环性能有较大的 改善 比容量有所减小 在不减小比容量的前提下，进一步改善的循环 性能，尤其是高温下的循环性能，是值得研究 的一个课题
谢 谢
氢氧化物凝胶混合法
制得均一、半透明的氢氧化铝溶胶 脱水后的氢氧化铝溶胶与LiNi0.8Co0.2O2混 合均匀 干燥水分后，在750℃高温处理四小时
包覆Al2O3 的SEM图
包覆Al2O3 的XRD图
I
0
20
40
60
80
100
2θ /℃
包覆前后表面组成
包覆Al2O3后常温下的首次充放电
循环性能不理想的原因
原因是正极材料与电解液直接接触，发生 恶性相互作用 在高温下，这种恶性相互作用加剧
采用在正极材料表面包覆来抑 制这种恶性相互作用
本论文的工作
前驱体包覆 溶胶凝胶法
有机物水解 氢氧化物凝胶混合法
采用控制结晶法制备前驱体 β--Ni0.8Co0.2(OH)2
以NiSO4与CoSO4的混合溶液，NaOH与 NH3· H2O的混合溶液为原料 参照控制结晶法合成球形Ni(OH)2 严格控制 pH值以及在反应釜中氨的浓度 用容器接收溢流出的反应液，经过固液分 离、洗涤和干燥
沉淀法表面包覆的机理分析
异相成核优先于体系中的均相成核 新相的核心优先在具有相同或相似的基底 上形成 随后形成的将优先在已部分包覆表面继续 成核、生长，有利于成膜包覆 严格控制pH值和金属离子浓度
确定最佳反应条件 Mg(OH)2取得最佳的包覆效果
包覆后的β--Ni0.8Co0.2(OH)2 SEM图
锂离子电池三元正极材料(全面)
1997年, Padhi等人最早提出了LiFePO4的制 备以及性能研究 。LiFePO4具备橄榄石晶体结构, 理论容量为170 mAh／g, 有相 对于锂金属负极的稳 定放电平台, 虽然大电流充放电存在一定的 缺陷, 但 由于该材料具有理论比能量高、电压高、环境友好、 成本低廉以及良好的热稳定性等显著优点, 是近期研究的重点替 代材料之一。目前, 人们主要采点用击高添温加固标相题法制备LiFePO4 粉体, 除此之外, 还有溶胶-凝胶法、水热法等软化学方法, 这些方法都 能得到颗粒细、纯度高的LiFePO4材料。
三价锰氧化物LiMnO2是近年来新发展起来的一种锂离子电池 正极材料, 具有价格低, 比容量高(理论比容量286 mAh／g, 实 际比 容量已达到200mAh／g以上) 的优势。LiMnO2存在多种结构形式, 其中单斜晶系的LiMnO2和正方晶系LiMnO2具有层状材料的结构 特征, 并具有比较优良的电化学性能。对于层状结构 的LiMnO2而 言, 理想的层状化合物的电化学行点为击要添比加中标间题型的材料好得多, 因 此, 如何制备 稳定的LiMnO2, 层状结构, 并使之具有上千次的循 环 寿命, 而不转向尖晶石结构是急需解决的问题。
(1)可以在LiNiO2正极材料 掺杂Co、Mn、Ca、F、Al等 元素, 制成复合氧化物正极 材料以增强其稳定性, 提高充 放电容量和循环寿命。
(2) 还可以在LiNiO2材料中掺杂P2O5 ； 点击添加标题
(3) 加入过量的锂, 制备高含锂的锂镍氧化物。
锰酸锂具有安全性好、耐过充性好、锰资源丰富、价格低廉及 无毒性等优点, 是最有发展前途的一 种正极材料。锰酸锂主要有尖晶 石型LiMnO4和层状的LiMnO2两种类型。尖晶石型 L iMnO4具有安 全性好、易合成等优点, 是目前研究较多的锂离子正极材料之一。但 LiMn2O4存在John—Teller效应, 在充放电过程 中易发生结构畸变, 造成容量迅速衰减, 特别是在较点高击温添度加的标使题用条件下, 容量衰减更加突 出。三价锰氧化物LiMnO2 是近年来新发展起来的一种锂离子电池正 极材料, 具有价格低, 比容量高(理论比容量286mAh／g, 实际比容量 已 达到200mAh／g以上) 的优势。
最新-锂离子电池正极材料与工艺详解(含三元材料)精选全文
八面体间隙
四面体间隙
02.锂离子电池正极材料简介
2.3 LiCoO2（层状） O3较O2，Li离子扩散克服能垒低，CO与Li混排需克服较高的能垒。
O3-LiCoO2结构： O原子为立方密堆积结构（ABCABC……）Li 与Co原子沿C轴方向交替占据八面体位置，且 共边（ α –NaFeO2）,属于六方晶系(三轴等长 ，任意两轴夹角相等)，具有 R3m空间群。
02.锂离子电池正极材料简介
2.3 LiCoO2
大约对应Li0.5CoO2，由于空位有 序化出现，形成扭曲八面体单斜相
恒流充电，当电压达 到4.8V时O3正极几乎所有 的锂离子都能从正极中脱 出，大约80%的锂离子可 以在嵌入正极材料中；可 逆比容量220mA·h·g-1。
图（b）可以看出最 低电压平台O3结构的正极 最高。
（碳酸乙烯脂）
隔膜
在电解液中具有 良好的化学稳定 性及一定的机械
强度
对Ｌi+的移动阻 碍小（内阻）， 对孔径和孔隙率
的要求
良好的绝缘体， 并能阻挡从电极 上脱落物质微利
和枝晶的生长
聚乙烯、聚丙烯等聚 烯烃微孔隔膜
目录
CONTENTS
01 锂离子电池原理简介
02 锂离子电池正极材料简介
03 三元正极材料简介 04 前驱体的制备工艺 05 三元材料成品制备工艺
Li（Nix-Coy-Mnz）O2 ,x+y+z=1
3.2过渡元素对性能的影响
容量-循环性能
随着Ni含量上升，电池比容量上升，循环性能有所下降
03.三元正极材料
2.4 Li（Nix-Coy-Mnz）O2 ,x+y+z=1
3.2过渡元素对性能的影响
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
聚阴离子正极活性材料
目录
➢第一代4V正极材料 ➢第二代正极材料
➢金属氧化物包覆的正极材料
➢工作计划
聚阴离子正极活性材料 第一代4V正极材料
层状岩盐结构LiCoO2 LiNiO2
聚阴离子正极活性材料 第一代4V正极材料
尖晶石结构LiMn2O4
聚阴离子正极活性材料
聚阴离子正极活性材料 AlPO4包覆的差示扫描量热
未包覆包覆了不同厚度AlPO4的LiCoO2充电态正极在4.7V下的DSC扫描图
聚阴离子正极活性材料 Al2O3和AlPO4包覆的比较
包LiCoO2中纳米包覆层Al2O3和AlPO4中2p键能的XPS光谱
聚阴离子正极活性材料 Al2O3和AlPO4包覆的比较
聚阴离子正极活性材料
1.NASICON
Delmas报道了NaTi(PO4)3可作为嵌钠主体， LiTi2（PO4）3可作为嵌锂主体，具有如下特征：具有 三维共角结构；大的客体接收位；合成工艺简单；两 种终端产物稳定等。
聚阴离子正极活性材料
NASICON
钠超离子导体及橄榄石正极材料的晶体结构
聚阴离子正极活性材料 2.橄榄石
聚阴离子正极活性材料 后锂离子电池阶段
1.全聚阴离子固态电池 2.多价电池
聚阴离子正极活性材料
金属氧化物包覆的正极材料
包覆的主要目的是阻止电极表面的副反应，保护 基底，减少电池发热量，既是出于安全考虑、又是出 于性能考虑。
聚阴离子正极活性材料 AlPO4包覆层厚度影响
未包覆和包覆了不同厚度AlPO4的LiCoO2
充电电压4.8V时的电压曲线和容量保持率
聚阴离子正极活性材料 其他包覆材料的对比
包覆LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 包覆ZnO
谢谢
大型锂离子二次电池主要备选正极材料的比较 倍率性能差是LiFePO4最大的缺点，通过碳纳米 包覆技术进行掺杂，以降低粒度可逐步解决。
聚阴离子正极活性材料 3.其他磷酸盐
聚阴离子正极活性材料
4.方解石
FeBO3由Fe3+/Fe2+氧化还原估算出的容量为 234mAh/g和石墨负极的理论容量相同。但锂嵌入硼酸 铁的1.5V平均电压太高了，可通过V3+或Ti3+取代Fe3+ 来进行调节。
第二代正极材料
作为下一代正极材料的氧化还原核心，下列过渡金属备受亲睐： 1.Fe，具有稳定的三价态 2.Ti，稳定的四价态 3.V，具有宽的化合价V2+至V5+ 4.Mo，Mo4+至Mo6+
典型的聚阴离子正极活性材料有：NASICON，焦磷酸盐，橄榄 石，非晶态FePO4,MOXO4,钛铀矿，硼酸盐等