理想的锂电池正极材料应具备哪些特点？

锂的消耗是由电池负极材料表面形成的固液界面膜(SEI)造成的。因此，理想的正极材料应具有以下特点:高电位、高比容、高密度(包括压实密度和振动密度)、安全性好、倍增器性能好、寿命长。

 

目前，能满足上述要求的材料根据其结构特点主要分为三种类型，即层状结构材料的LiMO2 (M=Co, Ni, Mn)。具有尖晶石结构的锰酸锂(LiMn2O4);具橄榄石结构的LiMPO4 (M=Fe, Mn, Co, Ni)。近年来，一些新的结构材料，如硅酸盐、硼酸盐和橄榄石结构衍生物-斜长石化合物，也受到了越来越多的关注。

 

一、层状结构阳极材料

目前，LiCoO2已成为锂离子电池工业正极材料的主导材料。LiCoO2为naf_nafeo2型二维层状结构，非常适合锂离子嵌套。具有电压高、放电稳定、比能高、循环性能好、制备工艺简单等优点，能适应大电流的充放电。其理论容量为274 mAh/g，为了保持良好的循环稳定性，实际控制容量为140 mAh/g。但作为正极的LiCoO2材料存在电池容量衰减大、抗过充能力差、热稳定性差等问题。为了克服LiCoO2材料的这些缺陷，经常采用掺杂改性和涂层的方法来提高其稳定性。层流LiMnO2理论容量高，285mAh/g，能量密度高，无毒，成本低。但是在充放电过程中，由于jahn-teller效应，其结构会发生变化，导致物料粉化，可逆能力迅速下降。为了制备层状结构稳定的LiMnO2，可以将其他过渡金属元素引入Mn -o层中，与Mn形成复合金属氧化物，增强层状结构的稳定性。已有文献报道，在层流LiMnO2中加入Al、Cr、Co、Ni等元素可以稳定材料的层状结构，显著提高材料的电化学性能

 

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2. 尖晶石结构的正极材料

尖晶石LiMn2O4具有抗过充性好、热稳定性高、资源丰富、环境友好等优点，被认为是最有前途的锂离子电池正极材料。但也存在高温循环性能差的缺点。因此，尖晶石LiMn2O4的改性一直是该类材料的研究热点。以Mn3O4为前驱体，在800℃下反应，得到了具有优良电化学性能的纯相尖晶石LiMn2O4微米球。有一些关于纯LiMn的研究

 

与2O4相比，涂覆YPO4的LiMn2O4具有更好的循环性能。这是因为YPO4将正极活性物质与电解液隔离，阻止了Mn3+的溶解，抑制了电池阻抗的增长，从而进一步提高了电极的热稳定性。

 

三、橄榄石结构的负极材料

LiFePO4具有循环稳定性好、安全性高、绿色环保等优点，一直是动态锂离子电池领域的研究热点。LiFePO4具有规则的寡核结构，属于正交各向异性晶系Pmnb间隙群，细胞参数a=0.469nm, b=1.033nm, c=0.601nm。目前，LiFePO4的合成方法有固相法、共沉淀法、溶胶-凝胶法、水热/溶剂热法、微波法和碳热还原法。由于LiFePO4的导电性和离子电导率较低，材料的整体电化学性能较差，严重限制了其在实际中的应用。目前可以通过材料的包覆、掺杂或纳米化来改善。Fan等采用碳热还原法制备了LiFePO4/C (LFPC)和life1-2xtixpo4 /C(LFTPC)。包碳掺钛的LFTPC电导率可达10-4s /cm左右。通过将不同比速率的LiFePO4(LFP)与TiO2混合，LFTPC的晶体结构非常稳定，颗粒尺寸也比LFP小。在不同Ti掺杂率的LFTPC中，掺杂率为2%的LFTPC的乘子性能和循环性能最好。