锂电池的研究进展
锂离子电池的研究进展及应用前景精选全文完整版
可编辑修改精选全文完整版锂离子电池的研究进展及应用前景近年来，新能源电池市场的发展迅猛，尤其是锂离子电池，在家用电器、电动车、太阳能等领域得到了广泛的应用。
对于锂离子电池的研究，不仅能够提高电池的性能，同时也能够为其更进一步的应用提供技术支持。
本文介绍了锂离子电池的研究进展以及其应用前景。
一、研究进展1. 电极材料改进电池的性能主要取决于电极材料的性质，因此在锂离子电池的研究中，电极材料的改进是必不可少的。
传统的电极材料为石墨，但石墨有低比容量、低导电性、易热化等问题。
近年来，锂离子电池的革新主要是基于正极和负极材料之间的平衡。
目前用于正极的材料有LiFePO4、LiCoO2、LiMn2O4等，用于负极的材料主要有石墨、金属锂、硅材料等。
这些材料科技的不断创新进步，使得锂离子电池的性能得到不断提升。
2. 电解质电解质是电池中极为重要的部分，因为它赋予电池主要的性能（如循环性能、电池容量、能量密度等）。
在传统的锂离子电池中，一般使用液态电解质，但液态电解质有泄漏的风险，而且易于氧化和燃烧。
为了提高电池的安全性和循环性能，目前锂离子电池中主要使用固态电解质。
固态电解质中，最为主流的是氧化铝、氧化锆等陶瓷材料。
固态电解质具有优异的化学稳定性，与高无效性的锂电求得更高电化学性能和更安全性的使用。
3. 电池系统除了电极材料和电解质的改进之外，电池系统的研究也是锂离子电池中一个必不可少的研究领域。
在电池工作过程中，电极和电解质之间的变化会影响电池的循环性能。
而电池系统从整体的角度出发，可以有效的解决这一问题。
电池系统研发的一个核心是电池管理系统（BMS），BMS在锂离子电池中起着重要的作用，它将对电池的使用和维护起到至关重要的作用。
同时，电池系统的研究还包括了钝化处理、电极的表面改性等专业技术的研发。
这些研究都可以有效的提高锂离子电池的研发与应用。
二、应用前景随着汽车、家用电器、通讯等领域的快速发展，锂离子电池在各个领域得到了广泛的应用。
锂离子电池健康状态估计及寿命预测研究进展综述
锂离子电池健康状态估计及寿命预测研究进展综述一、本文概述随着可再生能源的快速发展和电动汽车市场的不断扩大，锂离子电池作为高效能量储存和转换的关键部件，其性能和使用寿命的评估受到了广泛关注。
锂离子电池健康状态（State of Health, SOH）估计和寿命预测对于电池管理系统（Battery Management System, BMS）的智能化和电池性能的优化至关重要。
本文旨在综述锂离子电池健康状态估计及寿命预测的最新研究进展，包括常见的评估方法、模型构建以及实际应用中的挑战与前景。
通过系统地梳理和分析现有文献，本文旨在为相关领域的研究人员提供全面而深入的参考，以推动锂离子电池健康管理技术的进一步发展。
二、锂离子电池基础知识锂离子电池（LIBs）是现代电子设备中广泛使用的能源存储技术。
它们以其高能量密度、无记忆效应和长循环寿命等优点，在便携式电子产品、电动汽车和储能系统中得到了广泛应用。
了解锂离子电池的基本原理和结构对于其健康状态估计和寿命预测的研究至关重要。
锂离子电池主要由正极、负极、隔膜、电解质以及外部封装结构组成。
其中，正极和负极是储存和释放锂离子的主要场所，常见的正极材料有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂等，而负极则主要采用石墨或硅基材料。
隔膜位于正负极之间，防止了电子的直接接触，只允许离子的通过。
电解质则起到传输离子的作用，通常采用液态或固态的有机电解质。
锂离子电池的充放电过程涉及到锂离子的嵌入和脱出。
充电时，锂离子从正极材料中脱出，通过电解质和隔膜，嵌入到负极材料中；放电过程则相反，锂离子从负极材料中脱出，再次嵌入到正极材料中。
这一过程中，正负极材料的化学结构会发生变化，进而影响到电池的性能。
锂离子电池的性能参数主要包括容量、能量密度、内阻、开路电压等。
容量指的是电池在特定条件下能够储存或释放的电量，通常以安时（Ah）或毫安时（mAh）表示。
能量密度则是指单位体积或单位质量的电池所能储存的能量，通常以瓦时/千克（Wh/kg）或瓦时/升（Wh/L）表示。
锂电池行业发展现状及趋势研究
锂电池行业发展现状及趋势研究摘要本研究深入探索了全球锂电池行业的发展近况、技术进步、市场需求及其未来动向。
在能源结构的变革与环保意识日益增强的背景下，锂电池行业正处于一个蓬勃发展的黄金时期，其在电动车、智能移动设备等多个领域的应用日渐普及。
目前，行业面临的主要考验集中于原材料供需矛盾、价格不稳定、技术创新需求迫切，以及需符合严格的环保法规。
尽管挑战重重，但技术创新与产业升级也为行业开辟了广阔的发展空间，特别是在增强电池的能量密度、实现成本效益和加强安全性能等方面，孕育着无限的机遇。
研究预测，锂电池行业未来将持续其增长轨迹，尤其在新兴经济体与发展中国家展现出强劲的增势。
技术创新被视为驱动该行业前行的核心引擎，其中智能化与网络技术的融合将进一步激发行业的活力与潜力。
针对行业面临的挑战与潜在机遇，本研究提出以下建议：企业应强化技术研发与资金投入，以增强产品的性能竞争力和成本效益；深化国际合作，吸纳先进技术与管理智慧；主动适应环保政策，增加环保投入，践行绿色生产模式；同时，积极拓宽新兴市场的版图，扩大市场占有率，提升品牌国际影响力。
本研究报告旨在为锂电池行业的参与者及政策决策者提供有价值的见解与指导。
关键词：锂电池；技术发展；市场需求；技术创新；未来趋势；产业发展战略目录摘要 (1)第一章引言 (3)1.1 锂电池行业概述 (3)1.2 研究背景与意义 (4)1.3 国内外研究现状 (5)第二章锂电池技术及市场分析 (7)2.1 锂电池技术原理及进展 (7)2.2 锂电池市场需求分析 (7)2.3 锂电池市场竞争格局 (8)第三章锂电池行业发展挑战与机遇 (10)3.1 原材料供应与价格波动 (10)3.2 技术创新与产业升级 (11)3.3 环保法规与政策影响 (11)第四章锂电池行业未来趋势预测 (13)4.1 市场需求增长趋势 (13)4.2 技术创新方向 (13)4.3 产业发展战略建议 (14)第五章结论与展望 (16)5.1 研究结论 (16)5.2 行业展望 (16)第一章引言1.1 锂电池行业概述锂电池，凭借其高能量密度、长循环寿命和低自放电率等诸多优点，在当代能源领域占据了举足轻重的地位。
电池技术的进展与未来发展趋势
电池技术的进展与未来发展趋势近年来，随着科技的飞速发展，电子设备的普及和需求量不断增加，电池技术的进步和创新变得尤为重要。
不仅在个人消费电子产品方面，电池技术的进展也推动了电动汽车、可再生能源储存等领域的发展。
本文将探讨电池技术的进展与未来发展趋势。
一、锂电池技术的进展目前，锂电池是主要的可充电电池技术之一。
它具有高能量密度、长寿命、环境友好等优势，因此被广泛应用在各类电子产品中。
近年来，锂电池技术取得了突破性的进展。
首先，锂电池的能量密度不断提高。
新型材料和结构的应用使得锂电池的能量密度有了显著提升。
例如，石墨烯和硅负极材料的应用，可以提高电池的能量存储能力。
其次，锂电池的充电速度不断加快。
传统锂电池的充电速度较慢，充电时间长。
但是，随着锂离子传导材料的改进，以及快速充电技术的引入，新一代锂电池实现了更快的充电速度，大大提高了使用体验。
另外，锂电池的安全性有了显著改善。
锂电池的安全性一直是人们关注的问题，容易引发短路、过热等安全隐患。
然而，通过添加防火材料，控制电池内部反应等措施，新一代锂电池的安全性得到了极大的提升。
二、新兴电池技术的发展趋势除了锂电池技术的进展，新兴电池技术也成为了研究热点，其未来发展趋势值得关注。
首先是固态电池技术。
固态电池采用固态电解质代替传统液态电解质，具有更高的能量密度、更长的使用寿命、更高的安全性等优势。
相比之下，固态电池更加稳定，不易穿透和起火，能够有效解决锂电池安全问题。
其次是钠离子电池技术。
钠离子电池与锂电池类似，但钠离子电池采用的是钠离子作为电荷载体。
钠是世界上广泛存在的资源，相对于稀缺的锂资源，钠离子电池具有更低廉的成本和更可持续的发展前景。
另外，氢燃料电池也是未来电池技术的发展方向之一。
氢燃料电池通过氢气与氧气的化学反应产生电能，不仅零排放，而且能够提供持久的能源供应。
随着氢能源的不断发展和成熟，氢燃料电池有望在交通运输、能源储备等领域发挥更大的作用。
新能源汽车电池技术研究进展
新能源汽车电池技术研究进展近年来，新能源汽车电池技术得到迅猛发展，各大车企也纷纷推出自己的新能源汽车产品。
在这样的市场背景下，电池技术的重要性也十分明显。
本文将从电池技术的现状、研究进展和未来发展趋势三个方面来探讨新能源汽车电池技术。
一、电池技术现状1.锂电池技术目前，在新能源汽车领域中，主要采用的电池技术是锂电池技术。
锂电池技术以其高能量密度、长寿命和安全性等特点，成为新能源汽车的首选电池技术。
目前，市场上最流行的锂电池是三元锂电池和磷酸铁锂电池，它们具有高能量密度、高功率输出和长寿命的特点。
2.固态电池技术固态电池技术是一种新型电池技术，相对于传统锂离子电池来说，具有更高的能量密度和更低的热失控风险。
固态电池技术也因此成为未来新能源汽车电池技术的发展方向。
二、电池技术研究进展1.锂电池技术研究在锂电池技术研究领域，科学家一直在致力于提高锂电池的能量密度和循环寿命。
目前，已经取得了一定的进展。
科学家们通过改善电池电解质、寻找更好的正负极材料、减小电池内阻等多种方法，提高了锂电池的循环寿命和充放电效率。
2.固态电池技术研究固态电池技术目前还处在实验室研究阶段，但是已经取得了一些重要进展。
科学家们通过改善固态电池的电解质、正负极材料和制备工艺等方面，提高了电池的能量密度和循环寿命。
三、电池技术发展趋势1.锂电池技术发展趋势未来，锂电池技术的发展方向主要体现在材料的改进和制备工艺的完善上。
在材料方面，科学家将会寻找更好的正负极材料，提高电池的能量密度和循环寿命。
在制备工艺方面，科学家们也会不断优化电池的制备过程，提高电池的性能。
2.固态电池技术发展趋势固态电池技术的发展方向主要体现在电解质的改进和成本的降低上。
在电解质方面，科学家们将会寻找更好的固态电解质材料，提高电池的安全性、稳定性和能量密度。
在成本方面，科学家们也会不断优化电池的制备工艺，降低电池的生产成本。
总之，新能源汽车电池技术的发展是一项非常重要的研究任务。
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。
锂离子电池技术的研究进展
锂离子电池技术的研究进展锂离子电池是一种经典的可充电电池，其具有体积小、重量轻、能量密度高等优势，在移动通信、电动车、储能、航空航天等领域得到广泛应用。
随着科技的发展和需求的不断增加，锂离子电池技术在结构设计、电极材料、电解液等方面都得到了很大的改进和创新。
本文将介绍锂离子电池技术的研究进展，从多个角度探究其发展趋势和前景。
一、锂离子电池的结构设计电池的结构设计是决定其性能和循环寿命的关键。
一般来说，锂离子电池的结构主要包括正极、负极、电解质等组件。
近年来，随着材料科学的不断进步，锂离子电池结构设计也得到了极大的发展。
在正极材料方面，过渡金属氧化物正极材料（例如LiCoO2、LiMn2O4、LiFePO4等）是锂离子电池的主流正极材料，其中LiFePO4正极材料具有很好的安全性和较高的电化学性能，正在成为锂离子电池领域的一个新兴研究方向。
在负极材料方面，将碳材料的石墨化应用于锂离子电池负极材料是减轻电池重量和提高电池能量密度的有效途径。
最近，为了提高电池的性能，石墨化碳材料的晶体结构进行了改进，例如采用硬碳、微米纤维等材料来改善石墨化碳的性能。
电解质是电池中的重要组成部分，一般使用电解液来实现离子的传导。
新型电解液材料的出现，能够提高电池的韧性、抗干扰性、安全性和电化学性能。
现在，固态电解质被认为是提高电池的稳定性和循环寿命的最有前途的电解质方向之一。
二、锂离子电池的电极材料电极材料是锂离子电池中起到媒介传导作用的关键组成部分。
近年来，针对锂离子电池中的电极材料进行了很多研究。
正极材料方面，磷酸铁锂是新兴的正极材料，具有较高的比容量（170mAh/g）、较高的放电平台电压3.45V（vs Li/Li+）以及优良的循环寿命。
二氧化钛正极材料则是另一种热门材料，其通过改变二氧化钛的结构和化学组成来增加其电容量，进一步提高了电量的密度。
负极材料方面，石墨负极材料是目前应用最广泛的负极材料。
近年来，人们通过增加石墨负极材料的粗度和孔隙度来提高电池的效率和循环寿命。
生物锂电池的研究进展
生物锂电池的研究进展随着电动汽车的普及以及便携式电子产品的不断增加，锂电池已经成为现代社会中不可缺少的能源储存系统。
虽然锂电池的性能已经大大提高，但是它们仍然面临着容量限制、充电速度和安全性方面的挑战。
为了解决这些问题，生物锂电池已成为生物技术和电化学技术的交叉研究方向，它是一种能够通过生物反应过程生成电子的新型锂电池。
1. 生物锂电池的定义和原理生物锂电池是通过利用生物反应产生的电子来进行电化学反应，从而将能量转换为电能。
生物反应过程中产生的电子通过电极之间的电解液传递到锂电池的正极，产生电流并通过外部电路提供能量。
生物锂电池的核心是生物体内存在的生物反应过程。
这些反应可以分为两部分，一部分是电子捐赠方，即通过氧化反应释放电子，另一部分是电子接受方，即通过还原反应接受电子。
通过将这些反应直接应用于生物锂电池中，可以实现在无需耗费能源的情况下产生电能。
2. 生物锂电池所使用的生物体生物锂电池通过使用不同类型的生物体来产生电子。
目前已经成功应用于生物锂电池的生物体主要包括：2.1. 菌丝体菌丝体是一种微生物，通过其代谢过程中产生的电子来驱动电化学反应。
这种类型的生物锂电池可以利用地下水中的营养物质来发电。
2.2. 叶绿体叶绿体是植物叶片中的一个细胞器，其功能是进行光合作用。
叶绿体的光合作用过程产生的电子可以被用来驱动生物锂电池的反应。
2.3. 微生物微生物是生物锂电池的另一个可用生物体。
在这种电池中，微生物的代谢产生的电子可以被用来驱动电化学反应。
这个类型的生物锂电池被广泛应用于废水处理等领域。
3. 生物锂电池的应用生物锂电池在能源领域的应用前景非常广泛。
例如，他们可以被用来提供远离电网场所的电力，或用于仪器设备等场合。
另外，其应用在污水处理、废水处理、体内植入器官和环保行业等等，也有着广泛应用。
3.1. 废水处理废水处理领域，生物锂电池通过将污水中的有机物质分解成二氧化碳和水的过程中产生的电子来驱动电化学反应，除去废水中有害物质和污染物，从而实现了对废水的处理和资源回收。
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锂电池的研究进展摘要：锂离子电池由于比能量高和使用寿命长,已成为便携式电子产品的主要电源。
尖晶石LiMn2O4正极材料在不同混合溶剂的电解质溶液的电化学性能。
用循环伏安法和交流阻抗技术研究了Li/有机电解液/LiMn2O4电池的电化学行为,综述了锂离子电池正极材料LiMn2O4的制备、结构及其电化学性能。
采用溶胶-凝胶法和旋转涂布工艺,在较低的退火温度(450e)下制备了尖晶石型LiMn2O4薄膜。
关键词：正极材料; 电化学性能 ;薄膜1前言作为锂离子电池电解质溶液的主体成分,溶剂的组成和性质影响和决定着LiMn2O4正极材料的宏观电化学性能。
电解质溶液的电导率大小、电解质溶液在电极表面的氧化电位以及电解质溶液对电极材料活性物质的溶解性都在不同程度上直接影响LiMn2O4电极材料的容量、寿命、自放电性能和倍率充放电性能[。
近年来,寻找合适的电解质溶液组分,以进一步改善和提高LiMn2O4正极材料的电化学性能正在引起人们越来越广泛的关注。
系统地研究溶剂组成对LiMn2O4正极材料电化学性能的影响,探讨影响LiMn2O4正极材料电化学性能电解质溶液因素,进一步明确新型电解质溶液体系的优化目标,将为LiMn2O4正极材料在锂离子电池工业中的广泛应用奠定基础。
本文使用恒电流充放电和粉末微电极的循环伏安方法研究了尖晶石LiMn2O4正极材料在不同混合溶剂体系的电解质溶液中的电化学性能。
结合溶剂组分和电解质溶液的理化特性,详细探讨了影响LiMn2O4正极材料电化学性能的溶剂因素及其影响机制。
锂离子电池正极材料的选择是锂离子电池电化学性能的关键。
作为正极材料的嵌锂化合物是锂离子电池中锂的/存库0,它应满足:(1)在所要求的充放电电范围内,具有与电解质溶液的电化学相容性;(2)温和的电极过程动力学;(3)高度的可逆性;(4)全锂化状态下在空气中的稳定性。
目前研究较多的是层状的LiMO2和尖晶石型LiM2O4(M=Co、Ni、Mn、V等过渡金属离子)。
由于钴、镍化合物价昂以及LiNiO2在高氧状态下分解所引起的安全问题限制了Li-CO-O、Li-Ni-O系列正极材料的发展,而锂锰氧化物资源丰富、毒性低,被认为是最有应用前景的4 V锂离子电池正极材料。
2 电极材料制备及其性能研究高温固相反应是最早应用的材料制备方法,以后许多研究者运用Sol-Gel法、Pechini法、微乳化法制备材料。
评述了近年来制备LiMxMn2-xO4的各种方法,包括高温固相反应、微波烧结法、固相配位反应等/固相合成法0以及Pechini 法、溶胶-凝胶法、微乳化法等/软化学合成法0,并对各方法的优缺点进行分析对比,并推荐自方法/固相配位反应法0,且用此法以LiNO3,Mn(CH3COO-)2#4H2O,柠檬酸为原料合成了LiMn2O4超细粉末。
综述了锰系正极材料的研究进展,对尖晶石型LixMn2O4、正交晶系LiMnO2、复合多维含锂二氧化锰(CDMO)等材料的制备方法,晶体结构及充放电容量等电化学特性进行了详细的论述。
综述尖晶石型LiMn2O4的制备方法及其电化学性能。
评述了中国锂电池的研究进展,其中包括LiMn2O4的制备及搀杂改性[1]。
综述了尖晶石型锂锰氧化物正极材料的研究进展,分析了尖晶石型LiMn2O4、无定型MnO2、层状m-LiMnO2和盐岩D-LiMnO2电化学性能优缺点。
尽管如此,仍涌现出很多新的合成方法。
以水合氢氧化锂(LiOH#H2O),水合硝酸锰(Mn(NO3)2#6H2O),水合氯化锂(LiCl#H2O)为原料用类溶胶-凝胶法制备出LiMn2O4-xClx,电化学测试表明:该材料具有优异的电化学稳定性,循环稳定后容量几乎没有衰减。
采用球磨湿混和旋转合成相结合的固相合成新工艺制备出电化学性能良好的LiMn2O4,对传统固相反应进行改进,以Mn(NO3)2、NaOH及辅剂为原料通过控制结晶合成前驱体Mn3O4,而后和LiOH混合煅烧,制备出晶粒大小均匀、电化学性能良好的LiMn2O4,测试表明,首次放电比容量为128 mAh/g,经10次放电循环后,其放电容量仍有124 mAh/g[2]。
采用原位氧化还原沉淀水热合成法制备出LixMn2O4尖晶石,且该方法合成条件比较温和,并能改善材料的综合性能。
等运用自反应系统(JMC)制备出系列缺陷尖晶石型Li8n/n+4Mn8/n+4O4材料,并制成固相聚合物锂电池测试其性能。
此外,杨书廷曾以Li2CO3、Mn(NO3)2和M(NO3)2(M=La, Nd, Y)为原料,用溶胶-凝胶法和微波加热技术相结合的方法合成出纳米尖晶石LiMxMn2O4(M=La, Nd, Y),他还用微波-高分子网络技术以Li2CO3、Mn(NO3)2和M(NO3)2为原料制备出纳米级尖晶石型LiMn2O4,材料比容量120 mAh/g,循环50次衰减4.7%[3]。
正极材料在充放电过程中晶格不稳定、可逆性差是阻碍LiMn2O4使用的主要因素,很多研究者希望通过掺杂阳离子Mn+或着阴离子(S,F,Cl等)来增强晶体结构、改善材料循环性能。
Akira采用TOP(Total Overlap Population)值估算Mn)O健强度,从理论上分析掺杂元素对LiMn2O4电化学性能的影响,并归纳出提高LiMn2O4的充放电稳定性可掺杂与锰离子半径接近且TOP值较大的元素。
以上所述掺杂多涉及掺杂一种元素,另有许多研究者尝试多种元素同时掺杂[4]。
以LiCO3电解MnO2、TlNO3、Al(NO3)3#9H2O和Cr(NO3)3#9H2O为原料,采用湿化学分散与中温固相反应法相结合制备出同时掺杂Tl、Al、Cr 3种金属元素的正极材料LiMn1.90Tl0.05Al0.02Cr0.03O4。
还可以采用溶液共沉淀法,在500~800e条件下热处理原料12 h制得锌钴掺杂的四元尖晶石型氧化物粉末(Li1-xZnx)(Mn2-2xCo2x)O4,其结构稳定性和电化学性能都得到了改善[5]。
如果用LiOAc、Al(NO3)、柠檬酸和Mn(OAc)2为原料制得铝锂混合掺杂尖晶石相Li1+xAlyMn2-yO4,性能测试结果表明:同时掺入锂铝可更有效的改善材料的电化学性能。
Whitfield曾用微波法合成了Li1.025Mn1.975O4和Li1+xMn2-xO4-yFy(x=0.05,0.15,y=0.05, 0.1),并研究了材料粒子的大小和形貌。
Yang - Kook Sun[12]用溶胶凝胶法制得LiAl0.24Mn1.76O3.98S0.02尖晶石型电极材料,并研究了材料在高温放时的结构变化,发现该材料在超过4V的区间,以高电流放电时仍表现出良好的循环性能。
用溶胶-凝胶法对LiMnO4进行包裹表面修饰,制备出表面富含Ni的尖晶石结构LiNixMn2xO4,该材料可有效降低Mn在电解质中的溶解、抑制Jahn-Teller效应、增强电池高温循环性能,用溶液化学方法制得外裹LiCoO2的LiMn2O4具有较好的比容量和循环稳定性[6]。
可以认为掺杂和表面处理是提高尖晶石LiMn2O4电化学性能的有效方法。
3 LiMn2O4的晶体结构电化学性能合成及其改性LiMn2O4具有尖晶石结构[3],属于Fd3m空间群,其中氧原子(O)呈面心立方密堆积,锰原子(Mn)交替位于氧原子密堆积的八面体空隙位置(16d),锂(Li)占据四面体位置。
Mn2O4骨架构成一个有利于锂离子扩散的四面体与八面体共面的三维网络,Li+可以直接进入由O原子构成的四面体空隙位置。
对于尖晶石结构,晶胞边长为普通晶胞的2倍,因此,一个尖晶石结构晶胞实际上可以认为是一个复杂的立方结构,包含了8个普通的面心立方(fcc),它含有32个O原子位置;16个Mn 原子占据了32个八面体空隙中的一半,另一半16c空着;Li原子占据四面体空隙中的1/8,还有56个空位[7]。
所以,Li+可通过空着的相邻四面体和八面体的间隙沿8ay16cy8a的通道在Mn2O4的三维网络结构中自由地/嵌入和脱嵌0。
正是由于LiMn2O4具有这种特殊的正尖晶石结构,才使它在众多锂离子电池正极材料中脱颖而出,成为研究的热点。
对锂锰氧化物的制备,科学家们进行了广泛而深入的研究,探索出了许多有效的方法,如:高温反应、低温合成(溶胶-凝胶法、共沉淀法)及其它一些方法(热压合成法、水热浸渍法等)。
常用的方法有:它以锂盐和锰盐为原料,充分混合后在空气中焙烧,制备出正尖晶石型LiMn2O4。
锂锰比、加热温度、升降速度及气氛对产物的性能均有明显影响[8]。
此法工艺成熟,流程简单,合成条件易于控制。
但是由于它是以固体粉末为原料,不同组分之间依靠机械混料来物理接触,这样固相反应首先依赖于固相间的扩散,然而固相扩散较慢,混料不易均匀,因此,合成产物粒径较大,团聚明显,不能很好地满足正极材料的要求。
为了制备出高性能的LiMn2O4粉体,目前正积极探索溶胶-凝胶法,它已引起大家的广泛兴趣。
溶胶凝胶法的合成步骤为:(1)金属离子与有机酸形成金属螯合物(2)金属螯合物中的羧酸与醇进行酯化生成酯。
(3)酯化产物间进行聚合,得到聚合物前驱体[9]。
收一种好的正极材料应具有高的电池容量、可逆性好及循环寿命长。
锂锰氧化物的理论容量为283 mAh#g-1,实际容量在160~190 mAh#g-1。
由于LiMn2O4电极存在某些缺点:(1)在电解液中,三价的锰易发生歧化反应,逐渐溶解;(2)深度放电过程中,当锰的平均价态为3.5时会发生Jahn-Teller效应,导致晶体的对称性从立方晶系统逐渐转变为四方晶系。
从而导致电池经多次循环后发生容量衰减,因此,/如何克服循环容量衰减0已成为目前锂离子电池正极材料LiMn2O4研究的焦点。
大量实验证明:对LiMn2O4进行掺杂改性,即在LiMn2O4中掺入其它金属离子,如Ge、Cr、Ti、Co、Zn和Fe等,以稳定LiMn2O4的尖晶石结构是解决容量下降的最有效方法。
Amine等通过掺入少量Ni合成的Li1+xMn1.5Ni0.5O4循环性能好,比容量高达160 mAh#g-1[10]。
4 LiMn2O4薄膜电极按0.1 mol醋酸锰+0.05 mol硝酸锂+0.02 mol配合剂比例先制备溶胶凝胶溶液,取5LL溶液涂于石英片表面的铂电极上,烘干后,升温至200℃,待有机物分解后,再升至350℃,加热约10 min,再涂5LL溶液,按上述步骤处理,然后在350℃的空气中加热8 h形成LiMn2O4薄膜.若按LiMn2O4的密度(4.28 g/cm3)则可估算出薄膜厚约为1Lm取出后迅速转移至手套箱中,安装电池,加入电解液,稳定一昼夜后开始电化学测量.[11]若无特殊说明,以下空白Pt电极系指未沉积LiMn2O4薄膜的Pt/石英晶体电极为确定LiMn2O4的结构,用溶胶凝胶法在相同温度条件下制备了LiMn2O4粉末,其X射线衍射结果见图1,其中D值为0.474 nm、0.247 nm 和0.206 nm的峰均为尖晶石型LiMn2O4的衍射峰,说明在此条件下制备的LiMn2O4为尖晶石型结构[12].图2(A)为LiMn2O4薄膜电极的循环伏安图,扫描速度为0.2mV/s,先在2.1～3.8 V的电位区间扫两周,在动电位扫描的同时,记录晶体振荡频率f随电位的变化[图2(B)].对比图2(A)和图2(B),则可观察到对应Li+的嵌入(E=2.75 V)和脱出(E=3.03 V)过程以及石英晶体的振荡频率相应的减少与增加.按照方法,可计算出1 mol电荷转移时所引起的质量变化mpe值.对于Li+嵌入电极,第一周期电位循环时,还原峰下的mpe为7.7 g(3～2.5 V),氧化峰下的mpe值为7.8 g(2.75～3.25 V)[13],此时Li+从电极中脱出.第二循环周期在相同电位区间内的mpe值基本不变,当循环电位扫到3.8 V时,再继续向高电位扫描,在4 V左右出现一宽的氧化峰,频率下降很快,在3.7～4.1 V时的mpe值为11g.扫到4.2 V时再往回扫,到4.0 V时出现一个还原峰,峰电流较小,扫至3.2 V 再正向扫描至4.1 V,氧化电流比第一次略有减小,但频率变化明显比第一次小得多, mpe值为4.7g.空白Pt电极的对照实验表明,在3.5 V开始出现明显的氧化电流,频率在3.7～4.1 V时增加较快,在此区间, mpe值为27 g.[14]当逆扫还原时,在2.5 V时出现微弱还原电流,该电流随循环次数增加而增加基于上述实验结果,我们认为,无论空白Pt或LiMn2O4薄膜电极在PC溶液中均会在其表面形成一层溶剂膜,该溶剂膜的存在对Li+的嵌入和脱出过程可能有较大的影响. Novak 等曾利用现场红外光谱分析了PC体系Pt电极表面溶剂膜的存在及分解过程.我们的实验同样证实在2.5～4 V区间该溶剂膜的存在与分解过程.对LiMn2O4薄膜电极体系而言,在2.5～3.5 V区间内,由于电极表面覆盖一层溶剂膜,溶液中溶剂对Li+的嵌入和脱出影响不大,此时的mpe值和Li+的原子量相近.当氧化电位大于3.5 V时[15], mpe值比Li+的原子量大得多,这时应为溶剂膜的分解和Li+的脱出共同作用的结果.经历4 V极化后,频率下降速度减小,这时如果在3.2～4.1 V 的电位区间循环,氧化时mpe值下降,说明膜分解后未重新形成,因而再氧化时只有Li+的脱出[16].但此时的氧化电流中应包含较大的溶剂氧化电流,因而mpe值比Li+的原子量小.小电流(10LA/cm2)恒流充放电(如图3)实验也与我们的推测吻合.在2～3.5 V的电位区间内的mpe的平均值为8.5 g,说明在此区间主要是Li+的脱出. 3.5～4 V的电位区间的mpe平均值为21.6 g,说明此时为溶剂膜的分解和Li+的脱出共同作用的结果.当电位高于4 V时,频率增加速度逐渐减小,说明在此电位下溶剂膜已基本分解.有关溶剂膜的形成与分解机理尚有待进一步研究.[17]5 基于废旧锂离子电池正极材料的转化锂离子电池作为一种新型的高能蓄电池具有能量密度高使用寿命长、循环性能好且无记忆效应等优点，被广泛应用于手机、数码相机等电子设备中。