锂离子电池正极材料分类有哪些?

锂离子电池正极材料分类有哪些?

理想的锂离子电池正极材料应该能够容纳大量的锂离子，具有高的离子电导率和电子电导率，以及良好的稳定性。现有的阳极材料很难同时满足上述要求。因此，研究开发具有更好电化学性能的新型负极材料以及对现有材料的改性一直是锂离子电池负极材料领域的研究热点。目前，阳极材料可分为三种类型:嵌入式阳极材料、合金阳极材料和转化阳极材料。

嵌入式阳极材料:

 

最典型的嵌入式阳极材料是碳。根据石墨化程度的不同，碳材料可分为软碳、硬碳和石墨。常用的软碳材料有石油焦、针状焦、碳纤维和碳微球。硬碳在2500℃以上很难石墨化。石墨的放电容量为3500mA·h/g，呈层状结构。同一层的碳原子排列成六边形，两层由范德华力结合。锂离子可以嵌入石墨层之间形成li-gic。石墨材料导电性好，结晶度高，充放电平台稳定，是锂离子电池最商业化的阴极材料。除石墨外，其他碳材料的锂储存机理是相同的。需要指出的是，硬碳材料比石墨具有更高的放电能力，除了与石墨具有相同的包埋机制外，硬碳结构中还存在一些微孔或缺陷，可用于Li+的储存和嵌套。但由于循环效率低，电压随容量变化大，且缺乏稳定的放电平台，硬碳作为阳极材料的应用受到限制。

合金负极材料:

 

合金化锂储存材料是指金属及其合金、能与锂发生合金化反应的中间相化合物和配合物。据报道，锂在室温下可与多种金属(Sn、Si、Zn、Al、Sb、Ge、Pb、Mg、Ca、As、Bi、Pt、Ag、Au、Cd、Hg等)发生反应，其充放电机理为合金化和反向合金化。一般来说，合金阳极材料的理论容量和电荷密度远高于埋入式阳极材料。与此同时,这类材料的嵌锂潜力高,存款锂,很难在大电流充放电条件下,锂和树突不会产生,这将导致电池短路,为大功率设备具有重要意义。

转换型阴极材料:

 

目前报道的过渡金属材料多达10种，主要是指Co、Ni、Mn、Fe、V、Ti、Mo、W、Cr、Cu、Ru等过渡金属元素的氧化物、硫化物、氮化物、磷酸盐和氟化物。在过去，人们并不认为这种材料有前途。这种材料的空间结构中没有锂离子嵌入和逃逸的空间，不符合传统的锂离子镶嵌机理，常温下与锂的反应被认为是不可逆的。直到一些过渡金属氧化物被发现具有高的可逆放电能力(是石墨的3倍)，这种材料才逐渐引起了研究人员的注意。图2显示了某些转化的类阳极材料的第一放电比容。

图2某些转化类阳极材料的第一放电容量

与上述三种阴极材料不同，尖晶石结构的钛酸锂Li4Ti5O12也受到了越来越多的关注。Li4Ti5O12的工作电压为1.5v，与一般的负极材料相比，工作电压相对较高。在这个电压下，电解液不会分解。因此，钛酸锂被用作电池的负极材料。此外，钛酸锂材料在嵌入和拆卸锂离子前后体积变化不大，是一种安全性能突出的“零应变材料”，成为储能电站下一代锂离子电池的热门候选材料。