锂电池正极材料概述 研究现状幻灯片.ppt

锂离子电池正极材料概述及研究现状,主要内容,背景、发展历程锂电池的工作原理及特点正极材料种类聚阴离子型锂离子电池研究现状,汽车尾气排放的主要污染物为一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NOx）、铅（Pb）等。,身边的污染汽车,能源危机石油枯竭：现在已经探明的大概为1万1500亿桶。据美国能源部门估计，今后20年内，世界石油还能供求平衡，但20年后就要面临缺油的局面。加州技术学院的物理学者D古登斯坦在接受美国有线新闻网的财经杂志采访时说：“在未来的10到20年里可能会出现（石油短缺）。”他补充道：“或许，这种短缺已经开始了。”,背景,发展历程,锂二次电他的研究最早始于20世纪6070年代的石油危机。当时主要集中在以金属理及其合金为负极的锂二次电池体系。尽管Exxon公司希望在20世纪70年代将其实现商品化，但最终未能如愿。但是它对理二次电池研究的推动作用是不可低估1991年，sony公司将锂离子商业化。1995年，发明聚合物电解质锂电池。近几年，动力电池，与其他复合。,优点,1.快充放电性能差2.大电流放电特性不理想2.价格偏高3.过充放电保护问题,1.工作电压高2.能量密度高3.自放电速率低4.循环寿命长5.无记忆效应6.环保,缺点,锂离子电池与其他电池性能比较,工作原理,电池反:6C+LiCoO2,充电,放电,Li1-xCoO2+LixC6,锂离子电池充放电典型曲线,LiFePO4-0.1C,主要正极材料种类,MainCathodMaterials,Co-basedLiCoO2,Mn-basedLiMn2O4LiNi0.5Mn1.5O4,Multi-elementsLiNixCo1-x-yMyO2,P-basedLiMPO4,Ni-basedLiNiO2,全球各类锂电池正极材料市场占比,2010年全球产量43420吨，同比增长44%，钴酸锂占48%，NCM占35%。镍酸锂、锰酸锂各占7%，。磷酸铁锂只占3%。,MilestonesofLiFePO4Development,A.Padhi,K.Monjundaswamy,J.B.Goodenough,J.Electrochem.Soc.,1997,144:1188-Firstreport(2002:PhostechLithiumCo.)N.Ravet,J.B.Goodenough,S.Besner,M.Simoneau,P.Hovington,M.Armand,Paper127,TheElectrochemicalSocietyMeeting,Honolulu,HI,Oct17-22,1999.-CarboncoatingS.Y.Chung,J.T.Bloking,Y.M.Chiang,Nat.Mater.,2002,2:123-128-DopedwithNb5+andMg2+(2003:A123Co.)J.Barker,M.Y.Saidi,J.L.Swoyer,Electrochem.Solid-StateLett.,2003,6:A53-A55-Carbonreductionmethod(ValenceCo.),聚阴离子型动力电池正极材料,J.B.Goodenough|J.Electrochem.Soc.|April1997,LiFePO4,LiFePO4AsaCathodeMaterial,MainProblems:(1)Lowratecapability;(2)Lowtapdensity;(3)Poorlow-temperatureperformance;(4)Lowconductivity.,Advantages:Competitivetheoreticalcapacity(170mAh/g);Stablevoltage(3.5V);Low-cost;Environmentallybenign;abundantresources;Safety.,J.B.Goodenough|J.Electrochem.Soc.|April1997,降低了正极活性物质的含量;正极材料振实密度更低;影响了正极材料的体积能量密度;LiFePO4粒子内部的导电率并没有提高,C包覆的缺点：,CarbonCoating,ModificationofLiFePO4,显著提高了正极的导电率，充放电性能和循环性能变好,ImproveConductivitybyDoping,ChungSY,BlokingJT,ChiangYM.Nat.Mater.2002,金属磷酸盐对磷酸铁锂的导电性提高贡献相当大,P.SubramanyaHerle.Nat.Mater.22February2004,ImproveConductivitybyMetalGrains,SuchasAu,Ag,Cunanoparticles,CroceF,EpifanioAD,etal.ElectrochemandSolidStateLett.,2002,5(3):A47,磷酸铁锂中发现了这样一种机理:通过受控的非化学计量配比的方法可形成一种快速的离子导电表面相能够制造高锂离子迁移率的材料。,材料化学式：LiFe1-2yP1-yO4-,Fe3PO4andironoxides,非晶态Li2OP2O5相（Fe3+-containingLi4P2O7-likephase）锂离子传导性非常好，提高锂离子在颗粒表面的迁移速率，且可以通过成分设计实现与磷酸铁锂在相同工艺条件下合成。,B.W.Kang,G.Ceder,“Batterymaterialsforultrafastchargingandischarging”,Nature,458(2009)190.,B.W.Kang,G.Ceder,“Batterymaterialsforultrafastchargingandischarging”,Nature,458(2009)190.,NoncrystalandNano-scaledLiFePO4,80%theoreticalcapacity(72S),Size50nm,Coatinglayer100mAh/g,9Sab