《锂离子电池纳米材料》
锂离子电池正极材料纳米LiFePO_4
锂离子电池正极材料纳米LiFePO 4唐开枚,陈立宝,林晓园,王太宏(湖南大学微纳技术研究中心,长沙 410082)摘要:综述了Li FePO 4的晶体结构、充放电机理、电化学性能、存在问题以及纳米技术近年来在Li FePO 4中应用的最新进展。
纳米Li FePO 4的制备方法主要有高温固相反应法、水热合成法、溶胶凝胶法、微波合成法等。
材料的粒径大小及分布、离子和电子的传导能力对产品的电化学性能影响较大,在制备时采用惰性气氛、掺杂改性以及控制晶粒的生长尺寸是关键,电极材料的微纳米化对锂离子电池的电化学性能和循环性能的改善有着显著的意义,展望了纳米正极材料Li FePO 4用于锂离子电池的未来前景。
关键词:锂离子电池;纳米技术;电化学性能;合成;磷酸铁锂中图分类号:TB 383;TQ 131.11 文献标识码:A 文章编号:1671-4776(2009)02-0084-07N ano 2Sized LiFePO 4as Anode Material in Lithium Ion B atteryTang Kaimei ,Chen Libao ,Lin Xiaoyuan ,Wang Taihong(M icro 2N ano Technology Research Center ,H unan Universit y ,Changsha 410082,China )Abstract :The develop ment of Li FePO 4in recently years is summarized ,including t he crystal st ruct ures ,charge 2discharge mechanism ,elect rochemical p roperty ,existing problems and nano 2technology application.The preparation met hods of nano 2sized Li FePO 4are high temperat ure solid 2state reaction met hod ,hydrot hermal synt hesis ,sol 2gel met hod ,microwave synt hesis and so on.Particle size and it s dist ribution ,ionic and elect ronic conductivity have much effect on elect rochemical performances of t he product s.The use of inert gas ,t he addict of conductive dope and the control of crystal size are the most important in the preparation.The electrochemical property and circulation performance of lithium ion battery are improved remarkably by nano or micro anode materials.The p ro spect s of t he nano 2scale anode materials Li FePO 4for lit hium ion batteries are predicted.K ey w ords :lithium ion batteries ;nanotechnology ;electrochemical property ;synthesis ;lithium iron phosphate PACC :61460 引 言Li FePO 4是一种新兴的极具潜力的锂离子电池正极材料,具有安全性好、价格相对低廉、环保、循环性能好等优点。
纳米材料用于锂离子电池正极材料的研究
纳米材料用于锂离子电池正极材料的研究锂离子电池被广泛应用于智能手机、平板电脑、笔记本电脑等各种电子设备中，随着新能源汽车的兴起，它也成为了动力电池的重要组成部分。
锂离子电池的性能高度依赖于电极材料的性质。
因此，锂离子电池的有效性能可以通过设计和制备优良的电极材料来提高。
过去几十年里，锂离子电池的电极材料一直依赖于氧化物和磷酸盐这类传统材料。
然而，随着纳米材料的发展和研究，越来越多的研究者对纳米材料作为新型锂离子电池正极材料的应用进行了深入的研究。
纳米材料在锂离子电池的正极材料中具有诸多优点。
首先，由于纳米材料与其他材料相比表面积更大，因此它可以更有效地容纳更多的锂离子。
其次，纳米材料具有较高的化学活性，因此可以使得电极材料更好地合成和改变。
最后，纳米材料可以使锂离子电池的充放电速率更快，从而提高了电池的功率密度。
有各种不同类型的纳米材料可以用于锂离子电池正极材料的制备中。
其中最常用的纳米材料有具有高比表面积的二氧化钛、氧化钯、氧化铝和氧化钙等。
这种纳米材料可以通过液相或气相沉积、溶胶凝胶合成和高温焙烧等方法制备。
纳米材料的使用不仅仅可以提高锂离子电池的能量密度和功率密度，它还可以提供其他的性能改进。
例如，锂离子电池正极材料的安全性是一些人关心、担忧的问题，它可能会在充电或使用时发生巨大的爆炸。
由于纳米材料与其他非纳米材料相比表面积更大，它可以更有效地加强电极材料的电子传导性，从而增强它的弹性。
因此，它可以减少锂离子电池在充电或使用过程中可能发生的热量累积。
除此之外，纳米材料的使用还可以延长锂离子电池的寿命和提高循环稳定性。
例如，它可以通过减少电极材料中的微观结构而控制电极材料的受损程度，并且可以在充电过程中有效地恢复结构性。
纳米材料中含有的纳米颗粒也可以通过电极表面的多孔性来保护锂离子电池的正极。
因此，当锂离子电池放电时，Redox过程中的锂离子可以更有效地在锂离子电池中进行传输，从而使锂离子电池更加稳定。
锂离子电池用新型碳纳米管电极材料
据 悉 ， 目前 ，光 电转 化 率 最 高 的是 铜 铟 圃 龌 镓 硒 （ Ｇ ） 太 阳 能 薄 膜 电池 ， 可 达 ２ ％ ， Ｃ Ｓ Ｉ ０ ，其 匦 砘匿 厩 但 与 超 过３０％ 的理 论 值 仍 相 距 甚 远 难 以 主 要 难 题 是 材 料 中 的 铟 、镓 分布 和 比例 达 到 理 想值 。 （ 峰） 李 困 据 有 关 媒 体 报 道 ， 美 国 南 加 州 大 学 的 研 锂 离 子 电 ； 新 型 也用 究 人 员 最近 成 功 研 制 出一 种 柔 韧 性 很好 的碳 原 子 薄膜 透 明材 料 ，并 用 它 制 作 出有 机 光 伏 电池 。 碳 纳 米 管 电 极 材 料
科 玟 循 恳 Ｓｃｉ ｅ《 ｅｌ ｉ ？ ｔ０ｌ ； １ ｉ》 Ｌ ｛ ｅ ］ ｏｇ ｎ｛） ａ｛ ￡ｉ
科 学 家 认 为 该 方 法 今 后 有 望 在 人 体 内应 用 。 目前 研 究 人 员 已 证 实 ， 该 方 法 可 以 打 开 钙 离 子 通 道 ， 激 活 通 过 细 胞 培 养 的 神 经 细 胞 ， 甚 至 可 以 操 纵 微 小 线 虫 的 运 动 。 当 研 究 人 员 将 磁 性 纳 米 粒 子 固 定 在 线 虫 的 口部 ， 开 始 线 虫 只 是 爬 来 爬 去 。 不 过 ， 当 科 学 家 将 磁 性 纳 米 粒 子 加 热 至 ３ ℃ 后 ， 就 能 够 控 制 线 虫 ４ 的 前 进 和 后 退 了 。 为 此 ， 研 究 人 员 还 发 明 了 种 荧 光 探 针 ， 能 根 据 荧 光 强 度 的 变 化 ， 来 测 量 纳 米 粒 子 是 否 被 加 热 到 ３ ￣ 这 种 荧 光 ４Ｃ， 探 针 可 以说 是 一 个 纳 米 温 度 计 。 据 悉 ，这 项 研 究 具 有 广 泛 的应 用 价 值 ， 如在 癌 症 治疗 中 ，科 学 家 可针 对 选 定 的蛋 白 质 或 特 定 组 织 进 行 远 程 操 作 ， 从 而 开 发 出 新 型 癌 症 治 疗 方 法 ； 在 糖 尿 病 治 疗 方 面 ， 也 可 远 程 刺 激 胰 腺 细 胞 释 放 胰 岛 素 ； 该 方 法 还 可 应 用 于 某 些 因 刺 激 不 足 导 致 的 神 经 系 统 疾 病。 科 学 家 们 表 示 ，这 种 方 法 非 常重 要 ， 由 于 该 方 法 只 会 加 热 细 胞 膜 ， 而 细 胞 内 的 温 度
纳米材料在锂离子电池中的应用研究
纳米材料在锂离子电池中的应用研究随着能源需求的不断增长，锂离子电池作为一种高效、高能量密度的能源储存装置，已经广泛应用于手机、电动车、无人机等领域。
然而，锂离子电池的性能和使用寿命仍然面临着一些限制。
为了解决这些问题，科学家们在锂离子电池中引入了纳米材料，以期望改善其性能和稳定性。
一、纳米材料在锂离子电池阳极中的应用1. 具有高能量密度的纳米硅材料纳米硅材料由于其高比表面积和较好的锂离子嵌入能力而备受关注。
传统硅材料存在体积变化大、容量衰减快等问题，而纳米硅材料可以有效缓解这些问题，提高锂离子电池的循环寿命和容量保持率。
此外，纳米硅材料还可以通过改变形态结构、引入多级孔结构等方式，进一步提高其性能。
2. 纳米锡材料的应用纳米锡材料因其高嵌锂容量和良好的电导性能而被广泛应用于锂离子电池阳极材料中。
通过纳米尺度效应，纳米锡材料可以提高锂离子的扩散速率，降低锂离子电池的内阻，从而提高电池的功率性能。
然而，纳米锡材料在循环过程中会遇到可逆容量损失和容量衰减的问题，需要通过表面修饰、包覆材料等策略来解决。
二、纳米材料在锂离子电池正极中的应用1. 磷酸铁锂纳米材料磷酸铁锂具有优异的循环寿命和良好的热稳定性，被广泛应用于锂离子电池正极材料中。
通过纳米化技术，可以提高磷酸铁锂的扩散速率和离子传输性能，从而提高锂离子电池的能量密度和循环寿命。
此外，纳米磷酸铁锂还可以引入多级孔结构、改变粒径分布等方式，进一步优化其电化学性能。
2. 氧化钴纳米材料的应用氧化钴是一种常用的锂离子电池正极材料，其纳米化改性可以显著提高电池的性能。
纳米氧化钴具有更高的比表面积和更好的离、复合电荷传输性能，从而提高锂离子电池的容量和循环寿命。
与此同时，纳米氧化钴材料还可以通过改变晶格结构、控制表面电荷等方式，进一步增强其电化学性能。
三、纳米材料在锂离子电池电解质中的应用1. 纳米陶瓷电解质材料传统锂离子电池电解质材料存在导电性能差、循环寿命短等问题，而纳米陶瓷电解质材料可以通过纳米尺度效应来改善这些问题。
纳米材料在电池技术中的应用
纳米材料在电池技术中的应用第一章引言随着能源需求的增长和环境污染问题的日益严重，研究人员纷纷将目光投向了纳米材料在电池技术领域的应用。
纳米材料以其独特的性能和结构特点，成为了电池技术中的热门研究方向。
本文将重点探讨纳米材料在电池技术中的应用，并按照材料分类进行阐述。
第二章纳米材料在锂离子电池中的应用2.1 纳米材料在锂离子电池正极材料中的应用正极材料是锂离子电池中关键的组成部分，其性能直接影响着电池容量和循环寿命。
纳米材料因其大比表面积和独特的结构特点，能够提供更多的活性材料与电解液接触，提高电池的可逆容量。
例如，纳米氧化物、纳米硅等材料在改善锂离子电池正极材料的嵌入/脱嵌反应中发挥了重要作用。
2.2 纳米材料在锂离子电池负极材料中的应用负极材料是锂离子电池中储存锂离子的部分，其性能直接影响着电池的循环寿命和安全性。
纳米材料由于其高比表面积和良好的离子传导性能，可用于改善负极材料的锂离子储存和释放性能。
纳米碳材料、纳米金属氧化物等在提高电池循环寿命和快速充放电性能方面表现出了良好的应用前景。
第三章纳米材料在燃料电池中的应用3.1 纳米催化剂在燃料电池阴极中的应用燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的能源转换装置。
其中，阴极是决定燃料电池性能稳定性和寿命的重要组件。
纳米催化剂由于其高比表面积和较高的催化活性，被广泛用于改善燃料电池阴极的氧还原反应效率。
纳米金属或合金催化剂、纳米过渡金属氧化物等都是研究的热点。
3.2 纳米电解质材料在燃料电池中的应用燃料电池中的电解质是负责离子传输的核心组件，直接影响着燃料电池的输出功率和稳定性。
纳米电解质材料由于其高离子导电性和较低电子导电性，被广泛研究用于提高燃料电池的工作温度范围和输出功率密度。
纳米氧化物、纳米固体氧化物等都是研究的重点。
第四章纳米材料在太阳能电池中的应用4.1 纳米材料在硅基太阳能电池中的应用硅基太阳能电池是目前主流的太阳能电池技术，其关键问题之一是提高光吸收效率和光电转换效率。
纳米纤维 锂离子电池
纳米纤维锂离子电池
纳米纤维在锂离子电池中的应用通常是通过制备纳米纤维结构的电极材料来实现的，以提高电池的性能和稳定性。
以下是纳米纤维在锂离子电池中的一些关键应用：
电极材料制备：
制备电极材料时，纳米纤维结构可提供更大的比表面积，增加电极与电解质之间的接触面积，有助于提高锂离子电池的电荷/放电速率。
增强导电性：
由于纳米纤维的导电性能较好，将其用作电极材料的支架可以提高整体电池的导电性，减小电极的电阻，有助于提高电池的能量密度和功率密度。
提高结构稳定性：
纳米纤维可以提供更好的机械支撑结构，有助于防止电极材料的机械变形和颗粒剥落，从而提高电池的循环寿命和结构稳定性。
增加电池容量：
纳米纤维结构有助于容纳更多的锂离子，因此可以提高电池的储能容量，使其具有更长的使用寿命和更高的储能能力。
抑制固态电解质界面问题：
在锂离子电池中，纳米纤维结构可以缓解固态电解质与电极之间的界面问题，提高电池的安全性和稳定性。
纳米纤维技术的不断发展和应用使得锂离子电池等能源存储设备能够更好地满足高性能、高能量密度和长寿命的要求。
这些技术的进步对于推动电动汽车、可穿戴设备和可再生能源等领域的发展具有重要意义。
纳米材料在锂离子电池中的应用
纳米材料在锂离子电池中的应用一、本文概述随着科技的不断进步，锂离子电池已成为现代社会不可或缺的能量储存和转换设备，广泛应用于移动电子设备、电动汽车以及可再生能源系统等领域。
然而，随着对电池性能要求的日益提高，传统的电池材料已难以满足日益增长的需求。
因此，纳米材料因其独特的物理和化学性质，如高比表面积、优异的电导性和离子传输性能，正逐渐在锂离子电池领域展现出巨大的应用潜力。
本文旨在全面探讨纳米材料在锂离子电池中的应用。
我们将首先概述纳米材料的基本特性及其对锂离子电池性能的影响，然后详细介绍不同类型的纳米材料（如纳米碳材料、纳米氧化物、纳米合金等）在锂离子电池正负极、电解质以及隔膜等方面的具体应用。
我们还将讨论纳米材料在提高锂离子电池能量密度、功率密度、循环稳定性和安全性等方面的作用，并展望其未来的发展趋势和挑战。
通过本文的阐述，我们希望能够为相关领域的研究者和从业人员提供有价值的参考和指导。
二、纳米材料在锂离子电池正极中的应用纳米材料在锂离子电池正极中的应用，极大地提升了电池的能量密度、功率密度和循环寿命。
纳米材料具有高的比表面积、优异的电子和离子传输性能，以及独特的物理化学性质，使其在锂离子电池正极材料中展现出巨大的潜力。
纳米材料的高比表面积能够增加其与电解液的接触面积，从而提高锂离子的嵌入/脱出速率。
纳米结构可以有效地缩短锂离子的扩散路径，进一步提高电池的充放电速率。
这对于需要快速充放电的应用场景，如电动汽车和移动设备，尤为重要。
纳米材料在改善正极材料的结构稳定性方面也发挥了重要作用。
在充放电过程中，正极材料会经历体积的膨胀和收缩，这可能导致材料结构的破坏和容量的衰减。
纳米化可以有效地缓解这一问题，因为纳米材料具有更高的结构灵活性和更好的应力承受能力。
纳米材料还可以通过与其他材料的复合，进一步提升正极的性能。
例如，将纳米材料与碳材料复合，可以提高正极的导电性，从而改善电池的倍率性能。
同时，纳米材料还可以与金属氧化物或硫化物等复合，形成具有特殊结构和功能的复合材料，进一步提高正极的能量密度和循环稳定性。
纳米材料在锂离子电池中的应用研究进展
纳米材料在锂离子电池中的应用研究进展锂离子电池是目前最有前途的电化学储能设备之一，具有高能量密度、长寿命、无记忆效应等优点。
然而，锂离子电池存在的问题也不容忽视，其中最主要的就是其储能密度不足，导致电池容量有限。
为了克服这一难题，纳米材料被引入到锂离子电池中，作为各种电化学活性物质的载体，以期提高电池容量和循环性能。
近年来，围绕纳米材料在锂离子电池中的应用展开了大量的研究工作，并取得了一系列的研究进展。
1. 纳米二氧化钛纳米二氧化钛具有高比表面积和可调控的表面化学特性，可以提供丰富的反应位点，因此被广泛应用于锂离子电池中。
其中，最常见的应用是在锂离子电池的负极上作为锂离子的储存载体。
实验结果表明，由于纳米二氧化钛的高比表面积和可调控的表面化学特性，可以显著提高电池的循环性能和容量，将纳米二氧化钛引入锂离子电池，克服了传统的负极材料在储锂和释放锂过程中面临的种种困难，大大提高了电池的使用寿命和品质。
2. 纳米二氧化硅与纳米二氧化钛不同的是，纳米二氧化硅是一种典型的锂离子电池正极材料，其具有良好的电导率和较高的放电比容量。
实验表明，纳米二氧化硅可以在锂离子电池中形成细小的颗粒，并通过与锂离子的交换和嵌入来储存和释放锂离子。
纳米二氧化硅能够确保锂离子电池正极材料的高效储锂和释锂，提高了锂离子电池的电化学性能，阳极材料的循环性能和容量得到了极大的提高。
3. 纳米硅纳米硅是一种优秀的锂离子电池负极材料，其利用纳米材料带来的高比表面积和抗氧化能力，大大提高了负极材料的储能密度和循环性能。
纳米硅不仅能够激发锂离子在其表面区域的相变反应，还可以确保锂离子在与负极材料的反应中保持稳定，不会发生剧烈的化学反应。
由于纳米硅具有亲水性和亲疏水性的表面特性，可以根据电池的使用条件进行控制，从而实现良好的循环性能和容量。
4. 纳米石墨烯纳米石墨烯是一种新兴的锂离子电池电极材料，在其表面的氧基团、羟基和羰基等团簇可以作为锂离子和电子交换的反应位点，从而提高电池的放电容量和循环性能。
锂离子电池配料
锂离子电池配料
粘度：小①：2500mpas 小②：2400mpas 涂布干粉数： 正极：156.52 kg 负极：64.18 kg 制片标准增重： 正极增重：6.42±0.05g/pcs 负极增重：2.56±0.05g/pcs 容量计算： LiMn2O4占干重比例=144.4681/(144.4681+4.226+2.871+5.009) =92.2681976% LiMn2O4克容量105mah/g 电容量=6.42×92.3%×105mah/g=622.1943mah/g 功率 P=UI=3.7×0.6=2.22wh
锂离子电池配料
一 、正负极原材料： A:正极材料 1、主料：锰酸锂、钴酸锂、镍钴锰酸锂（三元） -晶格置换； 2、导电剂：人造石墨，碳黑，乙炔黑， 微米级：S-0(10E-6),纳米级：SP(10E-9)； 3、溶剂-胶体：NMP(甲基吡咯烷酮） 4、粘合剂：PVDF
锂离子电池配料
B:负极材料 1、主料：中科活性碳（石墨）； 2、粘结剂与增稠剂：SBR（粘结剂，液体浓 度50%）,CMC—羧甲基纤维素稠剂； 3、消泡剂：NMP (甲基吡咯烷酮） 4、溶剂：去离子水（H2O)
①Q=(m/M)×NA×q(e) ②I=Q/t ⇒ I=***mah/g
3、功率计算：
P=UI(U-标称电压3.7V;I-电容量） 三元 国安（LiMn2O4) LiMn2O4 克容量（mah) 150-155 140 105 压实： 3.4-3.5 3.9-4.0 2.9-3.0 例：①锰酸锂克容量(LiMn204) :1×7/7+55×2+16×2=1/181 I=(1/181) ×1.6×10e-19×6.02×10e-23×10e3MA/A÷3600S=147.83mah/g ②6C+xLi++xe-==LixC6
纳米材料在锂离子电池中的应用
纳米材料在锂离子电池中的应用
随着科技的不断发展，锂离子电池已经成为了现代生活中不可或缺的一部分。
而纳米材料的应用则为锂离子电池的性能提升带来了新的可能性。
纳米材料的应用可以提高锂离子电池的能量密度。
能量密度是指单位体积或单位重量的电池所能存储的能量。
纳米材料具有较大的比表面积和较短的离子扩散路径，因此可以提高电极材料的容量和电子传输速度，从而提高电池的能量密度。
纳米材料的应用可以提高锂离子电池的循环寿命。
循环寿命是指电池在充放电循环中能够保持容量的次数。
纳米材料具有较小的颗粒尺寸和较大的表面积，可以减少电极材料的体积变化和结构破坏，从而提高电池的循环寿命。
纳米材料的应用可以提高锂离子电池的安全性能。
安全性能是指电池在使用过程中不会发生爆炸或火灾等危险情况。
纳米材料具有较高的化学稳定性和热稳定性，可以减少电池内部的化学反应和热失控，从而提高电池的安全性能。
纳米材料在锂离子电池中的应用可以提高电池的能量密度、循环寿命和安全性能，为锂离子电池的发展带来了新的机遇和挑战。
未来，随着纳米材料技术的不断进步和应用的不断拓展，相信锂离子电池的性能将会得到更大的提升，为人类的生活和工作带来更多的便利
和效益。
锂离子电池纳米正极材料的发展
发生氧化分解反应， 限制了 Ｌ ｉ Ｃ ｏ Ｏ ： 的实际 比 起 关 注 ，而 且 已经 研 究开 发 了一 些 纳 米 材料 作 为 锂 原电位） 容量（ １ ２ ５ ～１ ４ ０ ｍ Ａ ｈ ／ ｇ ） 。Ｌ ｉ Ｃ ｏ Ｏ ２ 的纳米化可以提高电 离 子 电池正 负 极材 料 。与 普通 尺 寸 的 电极 材 料相 比， 极的实际 比容量和改善电极的倍率充放电性 能。这 纳米 正 极 材料 具 有 多方 面优 势 。从 材 料 的表 面状 况 种材料的制备方法 主要有熔盐分散法 、 溶胶凝胶法 、 来看 ， 纳米 电极 材料 优 势表 现 为 ： ｆ １ １ ） 比表 面积 大 ， 材 料 共沉淀法 、 喷雾干燥法和球磨法等。 的 ｌ ％ ～５ ％ 是 由各 向异性 的界 面组 成， 电极 在嵌 脱 锂 溶 胶 凝胶 法 包 括外 凝胶 法 、 内凝 胶 法 、 凝 胶 支 撑 时 的界 面反 应位 置 多， 有 助 于减 小 电极 电化 学过 程 中 法和凝 胶燃 烧法 。这些 方 法具有 合成 温度 低 、 产物 纯 的极化现象； （ ２ ） 表面缺陷有可能产生亚带隙， 使得电 度高、粒径小且粒度分布范围窄等优点， 制备 的纳米 极 的放 电曲线更加平滑川 ， 有助于延长电极 的循环寿 Ｌ ｉ Ｃ ｏ Ｏ ： 电极可逆容量一般在 １ ４ ０ ｍ Ａ ｈ ／ ｇ 左右。 夏熙等回 命； （ ３ ） 表面孔隙多， 增加 了电极与电解液的接触面积， 以醋酸 钴 和醋 酸 锂 为原 料 通 过溶 胶 凝胶 法合 成 了粒 有 助 于改 善 电极 材 料 与有 机 溶 剂 的浸 润 性 ； （ ４ ） 表 面 径 在 ３ ０ ｎ ｌ Ｔ ｌ 左 右 的球 形 Ｌ ｉ Ｃ ｏ Ｏ ： ， 首次 充 、 放 电容 量 分
ｉ Ｍｎ ： Ｏ 在 电化学过程 中的容量衰减 。 这种的锂 离 子 电 池正 极 纳 米 材 Ｌ 方法 主要有溶 胶凝胶 法 、 模板 法 、 共沉 淀法等 。 料的研究现状及合成方法 。
纳米材料在锂离子电池中的应用
纳米材料在锂离子电池中的应用随着科学技术的发展和能源需求的增加，锂离子电池作为一种高效、环保的电池类型，得到了广泛应用。
然而，为了提升锂离子电池的性能和稳定性，科学家们不断探索各种新型材料。
其中，纳米材料因其特殊的结构和性质，在锂离子电池中具有广阔的应用前景。
一、纳米材料带来的优势纳米材料是指其尺寸在纳米级别的材料，通常在1至100纳米之间。
相比传统材料，纳米材料具有以下优势：1. 巨大的比表面积：纳米材料的特殊结构赋予其巨大的比表面积，使得电荷传输更加高效。
在锂离子电池中，电荷传输速度的提升可以显著增强电池的充放电性能。
2. 优异的电化学性能：由于纳米材料具有更多的活性位点和缺陷，其电化学性能往往优于传统材料。
这使得纳米材料能够提升电池的能量密度和循环寿命。
3. 独特的结构调控：纳米材料可以通过调控其尺寸、形状和结构来实现特定的性能优化。
这种结构调控能力为电池设计和优化提供了更大的灵活性。
二、锂离子电池中纳米材料的应用纳米材料在锂离子电池中的应用是一个热门的研究领域，以下是一些常见的应用示例：1. 硅基纳米材料：硅是一种具有丰富资源的材料，具有高容量和良好的电导率。
然而，传统的硅材料在锂离子电池中容易发生体积膨胀，导致电池寿命减短。
通过纳米技术，可以合成纳米硅颗粒，有效抑制其体积膨胀，并提高硅的电化学性能。
2. 纳米氧化物：氧化物材料，如二氧化钛、氧化锌等，具有良好的稳定性和高的电化学活性。
利用纳米技术可以调控氧化物材料的尺寸和形貌，进一步提高其电池性能。
3. 纳米复合材料：通过将纳米材料与其他材料进行复合，可以充分发挥两者的优势，并弥补各自的缺点。
例如，将纳米颗粒与导电材料复合，可以提高电池的导电性能和循环稳定性。
4. 纳米涂层技术：在电池电极或传导剂表面应用纳米涂层技术，可以形成均匀而致密的保护层，提高电池的循环寿命和安全性能。
三、纳米材料在锂离子电池中的挑战和展望纳米材料在锂离子电池中的应用虽然带来了许多优势，但也面临一些挑战。
锂离子电池中的纳米材料
锂离子电池中的纳米材料学号：35072114 姓名：黄俊伟前言：锂离子电池是现代材料电化学学科的一个巨大的成功。
锂离子电池由锂离子插层负极材料（一般为石墨）、锂离子插层正极材料（一般为锂的氧化物如LiCoO2）及将两者分离开的锂离子传导电解液（如溶有锂盐LiPF6的碳酸乙二酯-碳酸二乙酯有机溶液）等材料构成[1]。
虽然这类电池已被成功地商业化，但现有的电极和电解液材料已达到了性能的极限。
在消费电子，以及清洁能源存储和混合电动交通工具的使用中，新一代可充电锂电池的研制迫切需要材料技术的进一步突破。
其中已在开发中的一种途径是纳米材料在锂离子电池中的应用。
关键词：储锂金属，纳米形貌特征，插锂反应，可逆相变一、电极锂离子电池纳米电极存在一些潜在的优缺点。
优点：（i）更好地释放锂嵌入和脱嵌过程中的应力，提高循环寿命；（ii）可发生在块体材料中不可能出现的反应；（iii）更高的电极/电解液接触面积提高了充/放电速率；（iv）短的电子输运路径（允许在低电导或高功率下使用）；（v）短的锂离子传输路径（允许在低锂离子传导介质或高功率下使用）。
缺点：（i）高比表面积带来的不可预期的电极/电解液反应增加，导致自放电现象，差的循环性能及寿命；（ii）劣等的颗粒包装技术使其体积能量密度很低，除非开发出一种特殊的压缩工艺，否则会限制它的应用；（iii）电极合成过程可能会更加复杂。
认识了这些优缺点，人们已经加大在负极材料及最近展开的正极材料的研发力度。
二、负极储锂金属存在的问题储锂金属可部分重复地、在低电压（相对于锂）下进行储锂反应，它提供了比传统石墨大得多的比容量。
例如，锂硅合金，饱和状态下的分子式为Li4.4Si，理论上可以达到4200mAh/g的比容量，而金属锂为3600mAh/g，石墨只有372mAh/g。
但是，锂的嵌入再加上相变会导致体积发生巨大的变化，产生的应力致使金属电极断裂破碎，电阻增大，存储电荷的能力骤降。
锂离子电池纳米结构LiMn2O4正极材料的研究进展
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｐｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ Ｎａ ｎｏ ｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｕｒ ｅ Ｌｉ Ｍｎ ２ ０４ ａ ｓ Ｃａ ｔ ｈｏ ｄ ｅ Ｍ ａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｆ ｏ ｒ Ｌｉ ｔ ｈｉ ｕｍ Ｉ ｏ ｎ Ｂａ ｔ ｔ ｅ ｎ ‘ ｅ ｓ
一
上 电脑 、 通讯 电台 、 电动 自行 车 以及 电动 汽车 等 中 。正极 材 料是 锂 离 子 电池 的重 要 组成 部 分 ， 也 是 决定锂离子电池性能的关键因素之一。 目前 ， 商业 化 锂离 子 电池正 极 材料 主要有 钴 酸 锂 、 锰 酸锂 和磷 酸 铁锂 。 由于钻 酸 锂存 在 安全 性 能 差 、 对环 境 污 染 大等缺点 ， 并且钴资源有限 ， 价格 昂贵 ， 阻碍了其在
４ ８
蔚 晨等：锂离子电池纳米结构Ｌ ｉ Ｍｎ ０ 正极材料的研究进展
电工材 料 ２ ０ １ ３ Ｎ ｏ ． ３
锂 离子 电池纳 米结构 Ｌ ｉ Ｍｎ ２ Ｏ ４ 正极材料 的 研 究进 展
蔚 晨 ，唐 莹，王 凤 ，李 斯，纪子军
５ ４ １ ０ ０ ４ ） （ 桂林电子科技大学 材料科学与工程学院 ，广西桂林
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：ｌ ｉ ｔ ｈ ｉ ｍ ｕ ｉ ｏ ｎ ｂ ａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｙ ；ｌ ｉ ｔ ｈ ｉ ｕ ｍ ｍａ ｎ ｇ ａ ｎ ａ ｔ ｅ （ Ｌ ｉ Ｍｎ ２ Ｏ４ ） ；ｎ ａ ｎ ｏ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ
ｌ 引言
随着 信息 技术 的发 展 ， 锂 离 子 电池越 来 越 受 到 人们 的广 泛关 注 ， 并 且 被越 来 越 多地 应 用到 诸 如 掌
纳米材料在锂离子电池中的应用
纳米材料在锂离子电池中的应用锂离子电池是目前最常见的便携式电源，其主要使用场景包括手机、平板电脑、笔记本电脑、无人机等。
而纳米材料的应用也在锂离子电池技术中发挥了越来越重要的作用。
本文将介绍纳米材料在锂离子电池中的应用。
锂离子电池的电化学原理在介绍纳米材料在锂离子电池中的应用前，我们需要先了解锂离子电池的电化学原理。
锂离子电池是由正极、负极和电解质组成的。
其中，负极材料主要是石墨，正极材料则是由过渡金属氧化物、磷酸铁锂、钴酸锂等组成。
电解质是容纳离子流动的介质，是通电后正负极之间传导离子的媒介。
在充电过程中，锂离子从正极向负极移动，在负极材料中形成嵌入/脱嵌反应，同时释放或吸收少量的电子，使负极形成锂离子化合物。
电解液中的锂离子也会离开负极，穿过电解质，然后在正极上反应成为相应的化合物，负极材料的锂离子则重新回到电解液中。
在放电时，锂离子反向移动，从负极向正极移动，并在正极材料中释放出电子。
纳米材料的应用可以优化锂离子电池的性能。
下面是几种典型的纳米材料。
1.纳米二氧化钛纳米二氧化钛是一种广泛应用于锂离子电池负极材料中的材料。
它可以在石墨颗粒表面形成一层均匀的二氧化钛膜，防止石墨颗粒与电解液的直接接触，减轻了石墨颗粒在充放电过程中的剥落。
此外，纳米二氧化钛可以催化电解液中的锂离子重新附着到石墨颗粒上，增加了充放电过程中的反应速率，提高了电池的充电效率。
2.纳米碳管纳米碳管可以作为电极材料制备，用于制造电极。
它的极材质量具有非常高的性能，这种性能实际上可以避免固体颗粒化或者材料分解，提高电池的标称电容量。
此外，使用纳米碳管可以改变电极材料的连通，提供更快的离子传输路径，进一步提高锂离子电池的充电效率和容量。
3.纳米硅纳米硅是一种新型的锂离子电池负极材料。
它具有较高的比能量和特定容量，可以实现更高的充电容量。
但硅的一个缺陷是在放电过程中会形成一些固体物质，使其体积膨胀。
通过纳米化硅材料，可以形成纳米颗粒，抑制固体物质的沉积，并且可以更好地实现充放电反应，使电池的循环寿命更长，能够更好地发挥性能。
纳米材料在能源存储与转换领域中的应用
纳米材料在能源存储与转换领域中的应用近年来，纳米材料在能源存储与转换领域中的应用引起了广泛关注。
纳米材料具有独特的物理、化学和电子特性，使其成为能源存储与转换领域的理想候选材料。
本文将重点探讨纳米材料在锂离子电池、太阳能电池和燃料电池等能源技术中的应用。
首先，纳米材料在锂离子电池中的应用已经取得了显著进展。
锂离子电池是目前最为广泛应用的可充电电池技术，其性能关键在于正负极材料。
纳米材料的小尺寸效应、高比表面积和容易调控的结构使其在锂离子电池中表现出良好的性能。
例如，纳米结构的二氧化钛可以作为锂离子电池的负极材料，具有优异的离子扩散能力和高电容量，能够提高电池的循环寿命和比能量密度。
此外，纳米材料还可以用于正极材料的改性，如纳米结构的锂离子正极材料（如锂铁磷酸盐和锰酸锂）能够提供更高的电容量和更稳定的循环性能。
其次，纳米材料在太阳能电池中的应用也受到了广泛关注。
太阳能电池是转化太阳能为电能的一种可再生能源技术。
通过吸收光能，纳米材料可以提供充足的载流子，从而增加太阳能电池的效率。
例如，纳米颗粒的二氧化钛可以作为染料敏化太阳能电池（DSSC）的光电转换材料。
其具有高比表面积和良好的电子传输，能够有效地捕获光子和提供电荷传输通道，从而提高太阳能电池的光电转化效率。
此外，纳米材料还可以用于薄膜太阳能电池的制备，如纳米线阵列材料可以提供更大的光吸收面积和更高的光电转化效率。
最后，纳米材料在燃料电池中的应用也显示出巨大潜力。
燃料电池是一种通过氢气、甲醇等燃料进行电化学反应产生电能的设备。
纳米材料的高比表面积和良好的导电性使其成为燃料电池的理想催化剂。
例如，纳米金属颗粒可以用作负载在电极表面的催化剂，提供更多的活性位点和更高的催化活性，从而增强燃料电池的性能。
此外，纳米材料还可以用于电子导体材料的改性，如纳米结构的碳材料（如碳纳米管和石墨烯）具有良好的导电性和电化学活性，能够提高燃料电池的电导率和电化学反应速率。
纳米材料在能源存储中的应用
纳米材料在能源存储中的应用1. 引言纳米材料是一种材料在尺寸上小于100纳米的材料，其具有一系列的优异性能，如高比表面积、优异的光电特性、高强度、较高的熔点和玻璃化转变等，这些特性使其具有广泛的应用前景。
在新能源存储领域，纳米材料可以用来制备新型电池电极、电解液、催化剂，以及用于能量转化器件、能源储存器件等领域。
本文将重点介绍纳米材料在新型电池电极制备和电解液等方面的应用。
2. 纳米材料在电池电极中的应用电池电极由两个电极板和一种电解质组成，其中电池的性能主要取决于电极材料的性质。
在现代电池中，多种纳米材料广泛应用于电极材料的制备。
这些材料具有高比表面积和储能密度、优化的催化性能、较短的扩散距离和优异的电荷传递能力。
下面将分别介绍锂离子电池和钠离子电池中纳米材料的应用。
2.1 锂离子电池的石墨烯纳米片石墨烯由一层碳原子构成的片状结构，由于其优异的电导性、高比表面积、优异的导电性和优异的化学稳定性等特性，成为锂离子电池中的最佳电极材料之一。
石墨烯纳米片具有聚集素材的优点，增加了电极的比表面积，提高了锂离子电池的储能密度。
2.2 钠离子电池中的金属氧化物纳米结构钠离子电池是一种新型电池，在过去几年中逐渐得到了普及。
然而，由于钠离子比锂离子的直径较大，因此在电极过程中扩散难度较大，为了提高钠离子电池的容量和效率，需要使用复杂结构和功能性材料。
金属氧化物是一种非常适合用作钠离子电池电极材料的材料，因为金属氧化物具有高容量、优异的催化剂特性和良好的电导性。
通过将金属氧化物转化为其纳米结构，可以进一步提高其电化学性能。
3. 纳米材料在电解液中的应用电解液是电池的重要组成部分，主要用于传播和导电。
纳米材料的优秀性质，例如高比表面积、优异的导电性和优异的催化性能，可以进一步改善电池的电化学性能和热稳定性。
因此，不同种类的纳米材料被广泛应用于电解液的制备和调整中。
3.1 纳米液态电解质液体电解质是电池中主要的传导介质。
纳米材料在电池技术中的应用研究
纳米材料在电池技术中的应用研究随着科技的不断进步，电池技术的发展也日新月异。
纳米材料作为一种新兴材料，在电池技术中展示了巨大的应用潜力。
本文将探讨纳米材料在电池技术中的应用研究，并分析其优势、挑战以及未来发展的趋势。
一、纳米材料在电池技术中的优势纳米材料具有许多独特的优势，使其在电池技术中得到广泛的应用。
首先，纳米材料具有较大的比表面积。
相比传统材料，纳米材料的比表面积更大，可以提供更多的活性材料接触电解液，从而提高电池的能量密度。
例如，纳米颗粒负极材料可以增加电池容量，提高电池的使用寿命。
其次，纳米材料具有优异的电化学性能。
由于其粒径小，纳米材料的电子和离子传输路径更短，电池在充放电过程中的电化学反应更加快速和高效。
这使得纳米材料在电池技术中表现出更高的充放电效率。
另外，纳米材料还具有优异的力学性能和热稳定性。
由于其结构具有纳米尺度特征，纳米材料在电池循环使用过程中的机械应力和热膨胀等问题得到有效的缓解。
这有助于提高电池的循环寿命和安全性能。
二、纳米材料在锂离子电池中的应用研究纳米材料在锂离子电池中的应用研究是当前研究的热点之一。
1. 纳米颗粒负极材料纳米颗粒负极材料是锂离子电池中的关键组成部分。
传统的负极材料如石墨，由于其颗粒大小较大，电子和离子传输路径长，限制了电池的性能。
而纳米颗粒负极材料具有较小的粒径，提供更多的活性材料与电解液接触，从而有效提高了锂离子电池的放电容量、循环寿命和充放电速率。
2. 纳米复合正极材料纳米复合正极材料是另一个研究热点。
通过纳米技术将活性材料与导电剂、稳定剂等组合成复合材料，可以提高正极材料的电化学性能。
例如，将纳米二氧化钛与锰酸锂复合，可以提高锰酸锂正极材料的电导率和电化学稳定性，从而改善锂离子电池的性能。
三、纳米材料在燃料电池中的应用研究除了锂离子电池，纳米材料在燃料电池中也有广泛的应用研究。
1. 纳米催化剂纳米催化剂在燃料电池中起到了关键作用。
纳米材料的高比表面积和活性位点提供了更多的反应活性，能够提高燃料电池的催化效率。
纳米材料在能源存储中的应用
纳米材料在能源存储中的应用近年来，能源存储技术的发展成为了科学界和工业界的热点。
随着清洁能源的广泛应用以及对可再生能源的依赖增加，高效的能源存储系统显得尤为重要。
纳米材料作为一种新兴的材料，具有许多优异的特性，已经被广泛应用于能源存储领域。
本文将介绍纳米材料在能源存储中的应用，并探讨它们的优势和挑战。
一、锂离子电池领域纳米材料在锂离子电池领域的应用已经取得了显著的进展。
首先，纳米材料具有较大的比表面积，能够提供更多的活性表面，从而提高电池的充放电速率。
其次，纳米材料的尺度效应使得电极材料具有更短的离子和电子传输路径，从而提高了电池的能量密度和功率密度。
例如，纳米结构的二氧化钛在锂离子电池中表现出了良好的循环稳定性和快速的充放电性能。
二、超级电容器领域超级电容器作为一种快速充放电的能量存储设备，其性能主要受电极材料的影响。
纳米材料的应用可以显著提高超级电容器的能量密度和功率密度。
例如，纳米碳材料具有极高的比表面积和孔隙度，能够提供更多的储能空间，从而提高了超级电容器的能量密度。
另外，纳米材料的独特电子结构和导电性能也能够提高超级电容器的电导率和循环寿命。
三、燃料电池领域纳米材料在燃料电池领域的应用主要体现在催化剂方面。
燃料电池的效率和性能主要依赖于催化剂的活性。
纳米催化剂具有高比表面积和较小的尺寸效应，不仅能提供更多的活性位点，还能增强反应速率和催化效率。
例如，纳米铂作为燃料电池催化剂具有优异的电催化性能，能够提高燃料电池的能量转换效率。
四、太阳能电池领域纳米材料在太阳能电池领域的应用主要体现在光吸收层和电子传输层。
纳米材料的尺寸和形状可以调控吸收光谱范围和光吸收效率。
另外，纳米材料还可以用作电子传输层的材料，提高太阳能电池的电子传输速率和光电转化效率。
例如，纳米结构的二氧化钛在染料敏化太阳能电池中被广泛应用，具有高效的光吸收和电子传输性能。
纳米材料在能源存储中的应用虽然具有许多优势，但也面临着一些挑战。
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充电效率和放电效率 充电效率是指电池在充电过程中所消耗的电能转化成电池所能储存 的化学能程度的量度。主要受电池工艺，配方及电池的工作环境温度影 响，一般环境温度越高，则充电效率要低。 放电效率是指在一定的放电条件下放电至终点电压所放出的实际电 量与电池的额定容量之比，主要受放电倍率，环境温度，内阻等因素影 响，一般情况下，放电倍率越高，则放电效率越低。温度越低，放电效 率越低。 循环寿命 电池循环寿命是指电池容量下降到 某一规定的值时，电池在某一充放电制 度下所经历的充放电次数。锂离子电池 GB规定，1C条件下电池循环500次后容量 保持率在60%以上。
常见正极材料及其性能比较
磷酸铁锂 材料主成分 理论能量密 度（mAh/g） 实际能量密 度（mAh/g） 电压（V） 循环性（次） 过渡金属 环保性 安全性能 适用温度 (℃) LiFePO4 170 130-140 3.2-3.7 ＞2000 非常丰富 无毒 好 -20～75 锰酸锂 LiMn2O4 LiMnO2 148 100-120 3.8-3.9 ＞500 丰富 无毒 良好 ＞ 50快 速衰减 286 200 3.4-4.3 差 丰富 无毒 良好 高温不 稳定 钴酸锂 LiCoO2 274 135-140 3.6 ＞300 贫乏 钴有放射性 差 -20 ～55 镍酸锂 LiNiO2 274 190-210 2.5-4.1 差 丰富 镍有毒 差 N/A 镍钴锰三元材料 LiNiCoMnO2 278 155-165 3.0-4.5 ＞800 贫乏 钴、镍有毒 尚好 -20 ～55
ห้องสมุดไป่ตู้ 锂离子电池正极材料的要求
比能量高 比功率大 自放电少 价格低廉
•能量越高，电动车 续航里程越远 •功率越高，电动车 加速、爬坡性能越 好 •电动车的安全性的 决定因素 •循环性越好，电动 车寿命越长
使用寿命长
安全性好
正极材料理论电容量计算 1mol正极材料Li离子完全脱嵌时转移的电量为96500C （96500 C/mol是法拉第常数） 由单位知mAh/g指每克电极材料理论上放出的电量： 1mA·＝1×（10－3）安培×360秒＝3.6C h 以磷酸锂铁电池LiFePO4为例： LiFePO4的分子量是157.756 g/mol, 所以他的理论电容量是 96500/157.756/3.6=170 mA h/g
充放电倍率 充放电倍率是指电池在规定的时 间内放出其额定容量时所需要的电流 值，1C在数值上等于电池额定容量， 通常以字母C表示。如电池的标称额 定容量为10Ah，则10A为1C（1倍率）， 5A则为0.5C，100A为10C，以此类推。 自放电率
自放电率又称荷电保持能力，是 指电池在开路状态下，电池所储存的 电量在一定条件下的保持能力。主要 受电池的制造工艺、材料、储存条件 等因素的影响。是衡量电池性能的重 要参数。
合成。但是由于共沉淀方法自身的特点，前驱物沉淀往往在瞬间
产生，各元素的比例往往难于控制。经过焙烧后，很可能会导致 产物中各元素的非化学计量性。
放电平台时间 放电平台时间是指在电池满电情况下放电至某电压的放 电时间。例对某三元电池测量其3.6V的放电平台时间，以恒 压充到电压为4.2V，并且充电电流小于0.02C时停止充电即 充满电后，然后搁臵10分钟，在任何倍率的放电电流下放电 至3.6V时的放电时间即为该电流下的放电平台时间。 因某些使用锂离子电池的用电器的工作电压都有电压要 求，如果低于要求值，则会出现无法工作的情况。所以放电 平台是衡量电池性能好坏的重要标准之一。
锂离子电池性能参数指标
电池内阻 电池内阻是指电池在工作时，电流流过电池内部所受到的阻力。有欧姆内 阻与极化内阻两部分组成。电池内阻值大，会导致电池放电工作电压降低，放 电时间缩短。内阻大小主要受电池的材料、制造工艺、电池结构等因素的影响。 电池内阻是衡量电池性能的一个重要参数。 电池的容量
充电时，锂离子从FeO6层面间迁移出来，经过电解液进入 负极，发生Fe 2+→ Fe 3+的氧化反应，为保持电荷平衡，电子从 外电路到达负极。放电时则发生还原反应，与上述过程相反。 即： 充电时：LiFePO4－xLi+－xe―→xFePO4+(1x)LiFePO4 放电时：FePO4+xLi++xe―→xLiFePO4+(1－x)FePO4
正极材料容量和电压关系图
锂钴氧
锂锰氧
锂镍氧
性能稳定 价格高 钴是有毒元 素
价格低廉 放电比容量低 高温性能不佳 二价锰溶于电 解液
二元素系
容量高 价格低廉 结构不稳定 合成难度大
磷酸铁锂系
三元素系
循环性能好 低温性能差 合成的批次稳 定性差
引入钴稳定其 二维层状结构
比容量高 放电倍率佳 安全性好 成本低
早期的锂电池 锂离子电池(Li-ion Batteries)是锂电池发展而来。所以 在介绍之前，先介绍锂电池。举例来讲，以前照相机里用的 扣式电池就属于锂电池。锂电池的正极材料是二氧化锰或亚 硫酰氯，负极是锂。电池组装完成后电池即有电压,不需充电。 这种电池也可以充电,但循环性能不好，在充放电循环过程中 ,容易形成锂结晶，造成电池内部短路,所以一般情况下这种 电池是禁止充电的。
锂离子电池纳米材料
内 容
锂离子电池基本概念 正极材料 负极材料 电解质材料 隔膜材料
锂离子电池的产生
20世纪80年代末，日本Sony公司
提出者
层状结构的石墨 负极
正极
锂与过渡金属的 复合氧化物
锂离子电池
120-150Wh/kg 比能量 是普通镍镉电池 的2-3倍
电压
高达3.6V
锂离子电池区别于锂电池
电池的容量有额定容量和实际容量 之分。锂离子电池规定在常温、恒流 (1C)、恒压(4.2V)控制的充电条件下， 充电3h、再以0.2C放电至2.75V时，所 放出的电量为其额定容量。 电池的实 际容量是指电池在一定的放电条件下所 放出的实际电量，主要受放电倍率和温 度的影响（故严格来讲，电池容量应指 明充放电条件）。 容量单位：mAh、Ah(1Ah=1000mAh)。
摇椅式电池
20世纪80年代初，M.B.Armond首次提出用嵌锂化合物代替二次锂电池中 金属锂负极的构想。在新的系统中，正极和负极材料均采用锂离子嵌入/脱嵌 材料。 在锂离子电池的充放电过程中，锂离子处于从正极→负极→正极的运动 状态。这就像一把摇椅，摇椅的两端为电池的两极，而锂离子就在摇椅两端来 回运动。人们把这种电化学储能体系形象地称为“摇椅式电池” （Rockingchair Cell）。
锂离子电池特点
与镍镉（Ni/Cd）、镍氢（Ni/MH）电池相比，锂离子电池的主要特点 如下：
镍镉电池 重量能量密度 （Wh/kg） 循环寿命 （至初始容量80%） 单体额定电压(V) 过充承受能力 月自放电率 （室温） 45-80 1500 1.25 中等 20% 镍氢电池 铅酸电池 60-120 300-500 1.25 低 30% 30-50 200-300 2 高 5% 锂离子 电池 110-160 500-2000 3.6 非常低 10% 聚合物锂 离子电池 100-130 300-500 3.6 低 ～10%
未来锂离子电池正极材料的发展方向
在动力电池领域，锰酸锂和磷酸铁锂是最有前途的正极材料。二者 相对钴酸锂具有更强的价格优势，具有优秀的热稳定性和安全性。 在通讯电池领域，三元素复合材料和镍酸锂是最有可能成为替代钴 酸锂的正极材料。三元素相对钴酸锂具有比价优势和更高的安全性，而 镍酸锂容量更高。
LiFePO4的出现
输出电压高
能量密度高
安全，循环性好
自放电率小
锂离子电池 优点
快速充放电 充电效率高
无环境污染，绿色电池
锂离子电池工作原理
锂离子电池工作原理图 schematic representation and operation principle of rechargeable lithium ion battery
从结构上看，PO4四面体位于FeO6层之间，这在一定程度上阻碍了Li+的扩 散运动。此外，相邻的FeO6八面体通过共顶点连接，与层状结构（LiMO2， M=Co，Ni）和尖晶石结构（LiM2O4，M=Mn）中存在共棱的MO6八面体连续 结构不同，共顶点的八面体具有相对较低的电子传导率。因此，LiFePO4的结 构内在地决定了其只适合于小电流密度下充放电。LiFePO4的脱锂产物为 FePO4，实际的充放电过程是处于FePO4/LiFePO4 两相共存状态的。FePO4与 LiFePO4的结构极为相似，体积也较接近，相差6.81%。由于充放电过程中结 构与体积变化很小，因此LiFePO4具有良好的循环性能。
1997年Padhi和Goodenough发现
具有橄榄石结构的磷酸盐，如磷酸铁 锂(LiFePO4)，比传统的正极材料更具
安全性，尤其耐高温，耐过充电性能
远超过传统锂离子电池材料。因此已 成为当前主流的大电流放电的动力锂 电池的正极材料。 Akshaya Padhi
A.K. Padhi, K. S. Nanjundaswamy, and J. B. Goodenough Phospho-olivines as Positive-Electrode Materials for Rechargeable Lithium Batteries J. Electrochem. Soc., Vol. 144, No. 4, April 1997
LiFePO4
LiFePO4在自然界中是以磷酸锂铁矿的形式存在的，具有正交的橄榄石结构 （空间群为Pnma），如图所示。在LiFePO4中，氧原子以稍微扭曲的六方紧密 堆积方式排列。Fe与Li分别位于氧原子八面体中心位臵，形成了FeO6和LiO6八 面体。P占据了氧原子四面体4c位臵，形成了PO4四面体。在bc面上，相邻的 FeO6八面体共用一个氧原子，从而互相连接形成Z字形的FeO6层。在FeO6层之 间，相邻的LiO6八面体通过b方向上的两个氧原子连接，形成了与c轴平行的Li+ 的连续直线链，这使得Li+可能形成二维扩散运动。