锂离子電(diàn)池的正极材料通常有(yǒu)哪些?
锂离子電(diàn)池正极材料是含锂的过渡金属氧化物(wù)、磷化物(wù)如LiCoO2、LiFePO4等,导電(diàn)聚合物(wù)如聚乙炔、聚苯、聚吡咯、聚噻吩、活性聚硫化合物(wù)等。
嵌锂化合物(wù)正极材料是锂离子電(diàn)池的重要组成部分(fēn)。正极材料在锂离子電(diàn)池中占有(yǒu)较大比例(正负极材料的质量比例為(wèi)3:1~4:1),因此正极材料的性能(néng)将很(hěn)大程度地影响電(diàn)池的性能(néng),其成本也直接决定電(diàn)池成本高低。
1、LiCoO2正极材料
LiCoO2具有(yǒu)三种物(wù)相,即a-NaFeO2型层状结构的LiCoO2、尖晶石结构的LT-LiCoO2和岩盐相LiCoO2。层状LiCoO2氧原子采用(yòng)畸变立方密堆积序列,钴和锂分(fēn)别占据立方密堆积中的八面體(tǐ)(3a)和(3b)位置;尖晶石结构的LiCoO2中氧原子為(wèi)理(lǐ)想立方密堆积排列,锂层中含有(yǒu)25%的的钴原子,钴层中含有(yǒu)25%锂原子;岩盐相晶格中Li+和Co3+随机排列,无法清晰地分(fēn)辨出锂层和钴层。
目前在锂离子電(diàn)池中应用(yòng)较多(duō)的是层状结构的LiCoO2,其具有(yǒu)工作電(diàn)压高、充放電(diàn)電(diàn)压平稳,适合大電(diàn)流充放電(diàn),比能(néng)量高、循环性能(néng)好等优点,
2、LiNiO2正极材料
理(lǐ)想LiNiO2晶體(tǐ)具有(yǒu)与LiCoO2类似的a-NaFeO2型层状结构。LiNiO2的理(lǐ)论容量為(wèi)275mAh/g,实际容量已达190-210 mAh/g。与LiCoO2相比,LiNiO2具有(yǒu)价格和储量上的优势。
LiNiO2存在的合成困难、结构相变和热稳定性差等缺点,其根源都与LiNiO2的内在结构有(yǒu)关。对LiNiO2进行元素掺杂以改善其结构,是提高LiNiO2比容量、改善循环性能(néng)以及稳定性的有(yǒu)效手段。
3、Li-Mn-O系正极材料
由于锰资源丰富、价格低廉、无毒无污染,被视為(wèi)最具发展潜力的锂离子電(diàn)池正极材料。Li-Mn-O系正极材料存在尖晶石型LiMn2O4和层状LiMnO2两种类型。
尖晶石型LiMn2O4具有(yǒu)安全性好、易合成等优点,是目前研究较多(duō)的锂离子電(diàn)池正极材料之一。但LiMn2O4存在John-Teller效应,在充放電(diàn)过程中易发生结构畸变,造成容量迅速衰减,特别是在较高温度的使用(yòng)条件下,容量衰减更加突出。
4、LiFePO4正极材料
LiFePO4正极材料是一类新(xīn)型的锂离子電(diàn)池用(yòng)正极材料。由于铁资源丰富、价格低廉并且无毒,因此LiFePO4是一种具有(yǒu)良好发展前景的锂离子電(diàn)池正极材料。
LiFePO4属于橄榄石型结构,空间群為(wèi)Pnmb。此结构中Fe3+/Fe2+相对于金属锂的電(diàn)压為(wèi)3.4V,理(lǐ)论比容量170mAh/g,并且LiFePO4被氧化為(wèi)FePO4-时,即充電(diàn)过程中體(tǐ)积减小(xiǎo),可(kě)以弥补碳负极體(tǐ)积的膨胀,有(yǒu)助于提高锂离子電(diàn)池體(tǐ)积利用(yòng)率。但LiFePO4材料的電(diàn)阻率较大,電(diàn)极材料利用(yòng)率低,因此研究工作主要集中在解决其電(diàn)导率问题上。
5、导電(diàn)高聚物(wù)正极材料
锂离子電(diàn)池中,除了可(kě)以用(yòng)金属氧化物(wù)作為(wèi)其正极材料外,导電(diàn)聚合物(wù)也可(kě)以用(yòng)作锂离子電(diàn)池正极材料。
目前研究的锂离子電(diàn)池聚合物(wù)正极材料有(yǒu):聚乙炔、聚苯、聚吡咯、聚噻吩等,它们通过阴离子的搀杂、脱搀杂而实现電(diàn)化學(xué)过程。但这些导電(diàn)聚合物(wù)的體(tǐ)积容量密度一般较低,另外反应體(tǐ)系中要求電(diàn)解液體(tǐ)积大,因此难以获得高能(néng)量密度。