锂离子电池负极材料的稳定性分析

锂离子电池负极材料

 

LiCoO2是目前市场上锂电池产品的主要负极材料。LiCoO2制造工艺简单，材料稳定性好，循环次数可达1000次以上。但是LiCoO2有很多缺点:价格高，对环境污染，安全性能差，比能量低，约140mah。g1。一方面，用镍或锰部分替代Co可以降低成本和污染，提高材料的可逆能力和循环稳定性。

 

(2)LiNiO2

 

LiNiO2还具有可可逆容量高达200ma.g1的分层结构。但在制备LiNi 2的过程中，容易产生富镍的非化学计量材料LiNi+sO2。由于锂镍合金易发生位错，影响了材料的容量和循环稳定性，特别是其高氧化态和较差的热稳定性。镍与Co、Al、Ga、Ti、Mg、Mn等金属元素的部分替代可以有效提高材料的电化学稳定性。

 

混合掺杂可以提高材料的电化学稳定性。

 

(3)含锰化合物

 

锰资源丰富，价格低廉，无污染，是理想的阴极材料。

 

尖晶石结构的LiMn204已经引起了广泛的关注，并有望实现商业化。但也存在骑行性能差、容量低等缺点(理论容量为148ma.g1)。LiMn204循环稳定性差的原因是电解液中锰的溶解，形成了结构稳定性差的tegual相L2Mn2O4，充放电时颗粒细化，结晶性能差。掺杂的低成本金属元素,如铬、镍、有限公司A1和李部分取代Mn,可以提高材料的循环稳定性,锂离子迁移的内部阻力个随机对照试验的材料可以减少,和离子扩散系数可以提高材料的循环稳定性增加。例如，富含锂的尖晶石相材料LiMn2O4经过2500次循环后仍能保持70%以上的初始容量。但是掺杂会降低材料的质量容量，所以不容易掺杂太多。掺杂F元素部分取代0合成的LiMn2O4xFy和LiAkMmxO4yFx可以增加Mn2+的含量，从而提高材料的可逆能力。此外，LiMn2O4的表面涂层和表面改性可以有效降低锰在电解液中的溶解，提高材料的电化学性能。层状结构的LiMnO2理论计算能力可达285maha。引起了极大的兴趣。但其稳定性很差，研究也不成熟。

 

(4)含铁化合物

 

由于铁资源的丰富和无污染，含铁化合物作为阴极材料也引起了人们的关注。L + eO2具有较高的初始容量，但当铁处于高氧化态Fe+时，会与电解质发生氧化还原反应。李正eO4的实际容量达到理论容量170毫安时的90%。gl导电性差，制备工艺复杂，铁价态控制困难，常需要在氩气中中和。具有相似结构的Li + exO4(x=si, Ge)也引起了相当大的关注。Licht等报道了高铁酸盐的高容量，如LoFeO4作为阴极材料。

 

此外，V20，尤其是带有纳米孔的V205，具有高达400 maha的高锂存储容量。这也是一个新的研究方向，但它对环境污染大。

 

目前，有四种阴极材料得到了广泛的应用和发展。充放电过程可以表示为XA+My=AxMy

 

作为一种理想的阴极材料，它必须具备:

 

(1)大的gigli自由能与阳极保持大的电位差，提供高的电池电压(高的比功率)。

 

(2)范围内的x,吉利自由能变化量的锂离子嵌入反应很小,也就是说,锂离子嵌入量大,电极电位几乎没有依赖的嵌入量,以保证稳定的锂离子电池的工作电压。

 

(3) x量程宽，电池容量大。

 

(4)阴极材料为大口径隧道结构。

 

(5)锂离子在“隧道”中具有较大的扩散系数和离子迁移率，保证了较大的扩散速率，并具有良好的导电性，从而提高了锂离子电池的最大工作电流。

 

(6)界面结构多，支撑明显