锂离子电池正极材料Li_Ni_Co_Mn_O化合物研究

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锂离子电池研究_综述

锂离子电池研究_综述

锂离子电池研究综述—陈欢1 锂离子电池简介离子电池又称为“摇椅电池”,是指以可供锂离子嵌入脱嵌的物质作为正、负极的二次电池。

电解质一般采用溶解有锂盐的有机溶液,根据所用电解质的状态,可分为液态锂离子电池、聚合物锂离子电池和全固态锂离子电池。

1.1 锂离子电池的工作原理[1]一个锂离子电池主要由正极、负极、电解液及隔膜组成,外加正负极引线,安全阀,PTC(正温度控制端子),电池壳等。

虽然锂离子电池种类繁多,但其工作原理大致相同。

充电时,锂离子从正极材料中脱嵌,经过隔膜和电解液,嵌入到负极材料中,放电以相反过程进行。

再充电,又重复上述过程。

以典型的液态锂离子为例,当以石墨为负极材料,以LiCoO2为正极材料时,其充放电原理为:充电时,Li+从LiCoO2中发生脱嵌,释放一个电子,C3+被氧化为C4 +,与此同时,Li+经过隔膜和电解液迁移到负极石墨表面,进而插入到石墨结构中,石墨结构同时得到一个电子,形成锂—碳层间化合物Li x C6,放电时过程则相反,Li+从石墨结构脱插,嵌入到正极LiCoO2中。

图1 锂离子电池从放电示意图1.2 锂离子电池的优缺点[2](1)能量密度高,输出功率大。

(2)平均输出电压高(约3.6V),为Ni-Cd、Ni-MH电池的三倍。

(3)工作温度范围宽,一般能在-20-45℃,期望值为-40-70℃。

(4)无记忆效应。

(5)可快速充放电,充放电效率高,可达100%。

(6)没有环境污染,称为绿色电池。

(7)使用寿命长,可达1200次左右。

当然,目前的锂离子电池还存在一些不足。

(1)成本较高,主要是正极材料的价格高,随着正极材料的研究开发不断深入一些新的更廉价的正极材料,如LiMnZO4、LiFePO4等己经初步商品化。

(2)过充电的安全问题还需要进一步解决;(3)与普通电池的相容性差,一般要在用3节AA电池(3.6V)的情况下才可以用锂离子电池代替。

2. 锂离子电池的正极材料为了提高锂离子电池的输出电压、比容量、循环使用寿命,目前正在开发的正极材料主要是具有层状结构、尖晶石结构和橄榄石结构的嵌入化合物,主要有氧化钻锂、氧化镍锂、氧化锰锂、磷酸亚铁锂、三元复合材料等。

锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2的结构及电化学性质的研究

锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2的结构及电化学性质的研究
第2卷第 1 1 期
2 1 年 3月 02
吉林农 业 科技学 院学 报
.lN . 2 , o1
Jun l f inA r u ua Si c n eh o g n e i M rh 2 1 ora o l gi l r c neadT cn l yU i rt Ji ct l e o v sy ac ,02
toc p rs o y,X —my d fa t n,s e to c p i rc o f i p c rs o y,c c c v h mmer to s. yl o a i ty me d h
Ke o d :_ —in b t r s ah e maei ;L Ni 5 n 5 ;O yw rs I j o ati ;c t o tr d i o M o oz O—p e ii f n me o ee d , ' rcp ti t d ao h
电池正极材料 的研究热点。作为锂离子 电池正极
材 料 的 I o 2 着 比容 量大 、 电较 平稳 、 合大 a O有 C 放 适 电流放 电 、 环 性 能 优 良等 好 处 。但 其 也 有 着 自 循 身 的弱 点 , C O 作 为正 极 材 料 ,  ̄ o2 阻碍 钴 氧 化物 发 展 的最 主要原 因是 C o资源 越 来 越 匮乏 , 得 工艺 使
. .
1 锂离子 电池的发展现状
正 极材料 的性 质很 大 程 度上 影 响着 锂 离子 电 池 的性 能 , 且 有 很 大 的发 展 空 间 。 因此 对 于 正 并 极 材料 的研究 一 直是锂 离 子 电池 研 究 的重 点 。金 属 锂 的相对原 子 量 为 69 , 已知 金 属 中是 最 小 .4 在
射 线衍 射 、 环 伏 安 测 试 手 段 。 循

锂离子电池富锂锰基正极材料研究现状

锂离子电池富锂锰基正极材料研究现状

锂离子电池富锂锰基正极材料研究现状摘要:科技的不断发展带来无数的便利与逐渐增高的能量需求,传统的锂离子电池正极材料已经越来越难以满足人们对高能量密度电池的需求,富锂锰基正极材料则因为高比容量成为了研究热点。

本文主要介绍了富锂锰基正极材料的晶体结构与反应机理,重点分析了该富锂锰基正极材料的不足,列举了当前研究较为热门富锂锰基正极材料的改性方法。

关键词:锂离子电池;富锂锰基;改性化石能源的不可再生与对环境较不友好的缺陷推动着人类不断寻求着更为清洁与便利的新能源,锂离子电池便是人类不断发展研究出的一个方向。

锂离子电池因具有良好的循环性能与容量,被广泛地运用于各个领域之中,但随着锂离子电池不断地被运用于各行各业,传统锂离子电池比容量不足的局限性也体现出来。

锂离子电池的容量很大程度取决于正极材料,因此具备远超常规锂离子电池的比容量的富锂锰基锂离子电池开始受到研究人员的关注,被认定为最有可能成为下一代锂离子电池的正极材料[1]。

虽然富锂锰基正极材料相比传统锂离子正极材料大大提升了比容量,但是富锂锰基锂离子电池也存在着首次库伦效率低、严重的容量衰减与倍率以及循环性能差的不足,限制了富锂锰基正极材料的商用[2]。

为了改进富锂锰基正极材料的性能推动其商用化,现在许多学者均在研究富锂锰基正极材料的改性,本文将从富锂锰基正极材料的结构与性能为基础分析,并介绍当前富锂锰基正极材料改性的研究现状。

1富锂锰基正极材料1.1 富锂锰基正极材料结构结构是决定材料性能的重要影响因素,目前对于LRM(富锂锰基正极材料)的结构两种认可度较高的学说是单相固溶体模型与两相纳米复合体模型。

单相固溶体是早期研究常使用的模型,该模型下的LRM晶格参数的变化规律符合Vegard定律,被认为是由LiTMO2与Li2MnO3组成的固溶体。

固溶体模型理论的不足之处在于未能解释LRM过渡金属层中锂与过渡金属原子比例为1/2的客观事实。

两相纳米复合体模型是近期更受认可的结构,这一模型下的LRM由菱方晶系的相与单斜晶系的相组成,化学式可表示为x Li2MnO3(1–x)LiTMO2(TM=Ni,Co,Mn...)。

锂离子电池正极材料尖晶石型LiMn2O4的制备及电化学性能研究

锂离子电池正极材料尖晶石型LiMn2O4的制备及电化学性能研究
关 键 词 :锂 离子 电池 ;正 极 材 料 ;溶 胶 凝 胶 法 ;锰 酸锂 中 图分 类 号 :0 4 66 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 :10 0 1 (0 2 3— 0 3— 5 0 9— 3 2 2 1 )0 0 8 0
锂 离子 电池 具有 工 作 电压 高 、比能 量 大 、 自放 电率 小 、循 环 寿命 长 、无记 忆 效 应 、绿 色 环保 等 优 点 ,在 便携 式 电子产 品方 面得 到 了广 泛 的应用 ,同时也 是 动力 电池 的首选 产 品 。 目前锂 离子 电池正 极使 用 的材 料 主要是 钴 酸锂 ( io ,但 是 由于 c LC O ) o资源 缺乏 ,导 致 LC O 价格 昂贵 ;另 外 ,钴 元素有 毒 , io : 这 些缺 陷 限制 了其更 大规 模 的应用 。而作 为锂 离子 电池 正极 材 料 的尖 晶石 型锰 酸锂 ( i 具 有无 LMnO ) 毒 、能 量 密度 高 、制备 简单 、锰来 源 广泛 、成 本低 等优 势 ,被认 为 是最具 有应 用前 景 的锂离 子 电池 正极 材 料之 一 ,尤其 在 动力 电池 上 的应 用 ,因而尖 晶石 型 LM 已经 被研 究者 广泛 的研究 J inO l 。 目前 已有各 种各 样 的 方 法 来 制 备 尖 晶 石 型 LMnO ,如 高 温 固相 法 i 法 ¨] 、熔 融盐 法 ] ” 、燃烧 法 ] H 、溶 胶 一凝胶 法 、固相 配 位 法 、微 波 、水热 法 H 等 。制备方 法 众 多 ,但 不 易制 出 电化
1 实验 部 分
1 1 主要 试剂 .
二 水合 乙酸 锂 ,四水 合 乙酸锰 ,柠檬 酸 ,B一环糊 精 ,氨水 ,均为 分析 纯 ;实验 用水 为去离 子水 。

锂离子电池正极材料的晶体结构及电化学性能

锂离子电池正极材料的晶体结构及电化学性能
[ 5 —8 ] Li M n2 O4 、 L i3 V2 ( PO4 ) 3 等 ) 。一维隧道结构正
极材料主要是安全性好 ,但其导电率低 ,高倍率放电 性能差 。已经广泛商业化的二维层状结构正极材料
Li MO2 在电化学性能方面比较优越 , 缺点是热稳定
图 1 锂离子二次电池正极材料的理论充放电电压和理 论比容量 [ 1 ]
+ 供 L i 嵌入的单元结构 ) 。其中 , 离子通道 ( “ 脱嵌 / 嵌入 ” 路径 ) 就是由晶格中间隙空位相互连接形成 + 的连续空间 , 它的空间分布形式直接影响着 L i 的 [9] 可嵌入性 。 + [1]
1 引言
锂离子电池 ( lithium ion battery, L I B )是继铅酸 电池 、 镉镍电池以及镍氢电池之后新一代二次电池 , 具有工作电压高 、 容量高 、 自放电小 、 循环寿命长 、 无 记忆效应 、 无环境污染及工作温度范围宽等显著优 点 ,作为电源更新换代产品 , 被认为是高容量 、 大功 率电池的理想之选 ,是 21 世纪的绿色环保电源 。自 问世以来已广泛应用于移动电话 、 笔记本电脑等便 携式电子设备以及电动汽车中 , 预计在未来的航空 航天领域 、 人造卫星以及区域电子综合信息系统等 诸多领域中 ,大容量的锂离子电池将会在能源技术 ( energy technology, ET)方面得到广泛应用 [ 1, 2 ] 。作 为提供大量自由“ 脱嵌 /嵌入 ” 锂离子的正极材料 , 对于提高锂离子电池的工作电压 、 比能量 、 循环寿命 等电化学性能至关重要 , 是研究的重点 。国内外研 究人员都在积极研究开发具有高电压 、 高容量和良 [ 3, 4 ] 好可逆性能的正极材料 。 锂离子电池正极材料主要由过渡金属的嵌锂化 合物组成 , 根据锂离子“ 脱嵌 /嵌入 ” 路径方式的不 同 ,大致可以分为一维隧道结构正极材料 (如 L iFe2 PO4 等 ) 、 二维层状结构正极材料 (如 L iCoO2 、 L i1 + x V3 O8 、 L i2 FeSiO4 等 ) 和三维框架结构正极材料 (如

锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的固相法制备及性能研究

锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的固相法制备及性能研究

NMP 、 残 余水分 。以锂片 为负极 , 美国 C e l g a r d 2 4 0 0为 隔膜 , 1 . 0 mo l / L I i P F 6 / E C+E MC 4 - D MC( 体 积 比 1:
1: 1 ) 为 电解 液 ( 广 州 天 赐 高 新 材 料 股份 有 限 公 司 生 产) ,在 充 满 氩 气 的 干 燥 手 套 箱 ( 德 国 mb r a u n P R S 4 0 5 / Wl 1 0 0 6 — 1 ) 中组 装 成 C R 2 0 3 2型 扣 式 电 池 。 电化学 测试使 用深 圳新 威 C T 一 3 0 0 8 W一 5 V1 0 mA— S A恒
术成 熟 , 方 法简单 , 产 物颗粒 细小 均匀 , 结 晶性好 , 但 成 本 高) 、 燃 烧法 _ 5 ( 可 通过 控 制燃 烧 剧 烈 程度 改变 材 料
结 晶化 , 最后 于 6 0 0 。 C退 火 2 4 h , 随 炉 冷 却 得 到 样 品 L i Ni 。 Mn ¨O 。以下所使 用 的样 品 a 、 b 、 C 、 d分 别 指
在 4 0 0 ℃下热 处理 3 、 7 h和 5 0 0 。 C下 热 处 理 3 、 7 h分 解
放 电, 首 次放 电 比 容 量 为 1 2 0 . 3 4 mAh / g , 循环3 0次 后 放 电比容 量为 1 1 2 . 0 9 mAh / g。

按照 L i Ni 。 . Mn O 比例 取 摩 尔 比 1:3的 Ni ( C H 3 C OO) 2・4 H 2 O、 Mn( CH。 C OO) 2・4 H2 O 充 分
等 。但这 些正极 材 料 对 应 的放 电 电压平 台均 不 高 , 难

层状Ni_Mn基锂离子电池正极材料进展

层状N-i Mn基锂离子电池正极材料进展¹叶尚云1*,张平伟2,乔芝郁1(1.北京科技大学物理化学系,北京100083; 2.个旧圣比和实业有限公司,云南个旧661000)摘要:层状N-i Mn基锂离子电池正极材料具有层状结构镍酸锂(LiNiO2)的高比容量以及尖晶石型结构锰酸锂(Li Mn2O4)的高安全性、低价格等特点,是最有可能代替或部分代替LiCoO2的新型正极材料用于小型锂离子电池,同时也可望用作低成本、高安全性和大容量动力型锂离子电池的正极材料。

本文综述了层状L-i N-i Mn-O系化合物和Li Ni1/3Mn1/3Co1/3O2的合成工艺、结构特点和电化学性能,阐述了层状N-i Mn基锂离子电池正极材料的发展、研究开发现状和应用前景。

关键词:层状结构N-i Mn基化合物;正极材料;锂离子电池中图分类号:TQ15文献标识码:A文章编号:0258-7076(2005)03-0328-11锂离子电池自1990年商业化应用以来,取得了飞速发展,已经垄断了便携式电子产品电源市场,并逐步向其它应用领域延伸,市场规模不断扩大,其应用已经超过N-i Cd电池和Ni M H电池。

随着锂离子电池的功率密度和安全性的改进和提高,未来将广泛应用于电动工具、储备电源、电动车等新兴领域,其市场前景广阔[1,2]。

尽管以LiCoO2为正极、炭材料为负极的锂离子电池相对以金属锂为负极的二次锂电池安全性有了很大程度的提高,小型锂离子电池的安全性得到了保障,但对于大容量和高功率动力型锂离子电池来说,成本和安全性仍是首要解决的核心问题。

由于LiCoO2成本高,耐过充性差,不适于用作动力型锂离子电池正极材料。

因此,开发具有低成本、安全性好并且环保的正极材料是高性能小型锂离子电池和大容量动力型锂离子电池发展的迫切要求。

尖晶石LiMn2O4、橄榄石结构的LiFePO4和新型层状N-i Mn基化合物Li N i1/3Mn1/3Co1/3O2由于热稳定性好、成本低而用于动力型锂离子电池目的,是近年来研究得最多的新型锂离子电池正极材料。

ncm中 ni co mn的作用

ncm中 ni co mn的作用NCM中 Ni Co Mn的作用摘要•NCM(Nickel Cobalt Manganese)是一种重要的锂离子电池正极材料•Ni Co Mn是指NCM材料由镍、钴、锰三种金属元素组成•这些金属元素的比例对NCM材料的性能和性质有着重要影响介绍锂离子电池是目前最常用的电池之一,其高能量密度和长寿命使其广泛应用于移动设备、电动车辆和能源储存系统等领域。

而NCM作为锂离子电池正极材料的重要组成部分,其由镍、钴、锰三种金属元素组成,在锂离子电池领域扮演着重要的角色。

NCM的组成及比例NCM材料根据不同的应用需求,其组成和比例会有所不同。

一般而言,NCM的组成主要由镍(Ni)、钴(Co)和锰(Mn)三种金属元素组成。

不同比例的这些金属元素会影响到NCM材料的性能和性质。

Ni的作用•Ni可以提高材料的比容量和电导率•合适的Ni含量可以提高NCM材料的循环寿命和稳定性Co的作用•Co可以提高材料的比容量和电导率•合适的Co含量可以增加NCM材料的功率密度和循环寿命Mn的作用•Mn可以提高材料的结构稳定性和电导率•合适的Mn含量可以增加NCM材料的循环寿命和热稳定性总结•NCM中的Ni、Co、Mn三种金属元素在锂离子电池中发挥着关键作用•合适的Ni、Co、Mn含量比例可以提高NCM材料的性能和性质•进一步研究和优化NCM材料,对于锂离子电池的发展具有重要意义以上是关于NCM中Ni Co Mn的作用的简要介绍。

通过合适的比例和研究,将有助于提高锂离子电池的性能和循环寿命,进一步推动电动汽车和可再生能源等领域的发展。

研究前景和挑战研究前景•NCM材料的研究和开发仍然具有广阔的前景•不断优化Ni、Co、Mn的含量比例,可以提高能量密度和循环寿命•进一步研究新型材料组成和结构,有望构建更高效、安全和环保的锂离子电池挑战与解决•Ni、Co、Mn材料的价格波动和供应不稳定性是一个挑战–探索替代金属材料或减少依赖性,以应对价格和供应不稳定性问题•Ni、Co、Mn元素之间的相互关系和相互作用复杂–通过先进的实验方法和计算模型来解析和优化元素比例–合成新型复合材料和纳米结构,以提高电池性能和稳定性结论Ni、Co、Mn作为NCM材料的重要组成,对锂离子电池的性能和循环寿命起着决定性作用。

锂电池的研究进展

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)。

ni-co-mn-h2o系电位-ph图绘制及其应用

仁 554001)
摘 要: 通过热力学计算ꎬ绘制出 Ni-Co-Mn-H2 O 系在 298K 时的电位-pH 图ꎮ 由图分析可知在溶液 pH 值大于 7. 641 时可
以获得镍、钴、锰共沉淀ꎬ如果提高体系的电位ꎬ可以在更低的 pH 值条件下获得镍钴锰共沉淀ꎮ 由此得出结论ꎬ在 Ni、Co、Mn
元素存在的水溶液体系中通过多因素调控可采用不同的共沉淀工艺制备镍钴锰三元前驱体是可行的ꎬ为镍钴锰三元锂离子
电池正极材料的制备工艺选择提供了理论指导ꎮ
关键词: 电位-pH 图ꎬ锂离子电池ꎬ正极材料ꎬ镍ꎬ钴ꎬ锰
中图分类号: TG115 文献标识码:A 文章编号:1003 ̄6563(2019)06 ̄0087 ̄04
[10] 唐东旗ꎬ姚秀芳ꎬ彭建兵ꎬ等. 黄土坡体节理发育特征
和空间分区与边坡稳 定 性 [ J] . 煤 田 地 质 与 勘 探ꎬ2015ꎬ43
基金项目:贵州省科技计划( 社会攻关计划) 项目( 黔科合〔2016〕 支
作者简介: 刘渊钊(1995 -) ꎬ男ꎬ河北石家庄人ꎬ硕士研究生ꎬ主要
▲通讯作者: 李宗发(1963-) ꎬ男ꎬ贵州松桃人ꎬ工程技术应用研究
by co-precipitation method. This study has provided theoretical guidance for the production of the anode material for
nickel-cobalt-manganese ternary lithium ion battery.
greater than 7. 641. If the potential of the system is increasedꎬnickel -cobalt -manganese co -precipitation can be
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