锂离子电池负极材料Na_2Li__省略_O_14_的嵌脱锂过程动力学研究_李震春

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锂离子电池原理及正负极材料关键问题

锂离子电池原理及正负极材料的关键问题锂电池是一类以金属锂或含锂物质作负极的电的化学源总称，自1991年锂离子电池问世并商业化生产以来，锂离子电池因具有高的比能量，长循环寿命，低自放电和绿色环保等一系列长处，受到现今社会的普遍关注和大力发展。

一、大体原理所谓锂离子电池是指别离用两个能可逆地嵌入与脱嵌锂离子的活性物质作为正负极组成的二次电池。

电池充电时, 锂离子从正极脱嵌, 通过电解质嵌入负极，放电时，锂离子则从负极脱出, 插入正极。

以将炭材料为负极，以含锂的化合物作正极的锂电池为例。

在充放电进程中，没有金属锂存在，只有锂离子。

当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子通过电解液运动到负极。

而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。

一样，当对电池进行放电时（即咱们利用电池的进程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。

回正极的锂离子越多，放电容量越高。

咱们通常所说的电池容量指的就是放电容量。

在Li-ion的充放电进程中，锂离子处于从正极→负极→正极的运动状态。

Li-ion Batteries就像一把摇椅，摇椅的两头为电池的两极，而锂离子就象运动员一样在摇椅来回奔跑。

所以Li-ion Batteries 又叫摇椅式电池。

正极反映：放电时锂离子嵌入，充电时锂离子脱嵌。

正极可选材料很多，目前主流产品多采用锂铁磷酸盐负极反映：放电时锂离子脱插，充电时锂离子插入。

负极材料多采用石墨。

电池总反映：锂离子电池是由电极材料、电解质和隔膜等部份组成, 其性能在很大程度上取决于电池组成材料的性能和制备工艺，尤其是正极和负极材料。

因此研究高能锂离子电池的关键技术是采用在充放电进程中能可逆地嵌脱锂离子的正、负极材料。

二、正负极材料（一）正极材料正极材料是锂离子电池发展的关键技术之一，应知足条件：①足在所要求的充放电范围内, 与电解质溶液有电化学相溶性；②温和电极进程动力学；③高度可逆性：④全锂化状态下在空气中稳定性好。

锂离子电池负极材料介绍及合成方法详解

锂离子电池负极材料介绍及合成方法详解目前，锂离子电池所采用的负极材料一般都是碳素材料，如石墨、软碳（如焦炭等）、硬碳等。

正在探索的负极材料有氮化物、PAS、锡基氧化物、锡基氧化物、锡合金，以及纳米负极材料等。

作为锂离子电池负极材料要求具有以下性能：（1）锂离子在负极基体中的插入氧化还原电位尽可能低，接近金属锂的电位，从而使电池的输出电压高；（2）在基体中大量的锂能够发生可逆插入和脱插以得到高容量密度，即可逆的x值尽可能大；（3）在插入/脱插过程中，锂的插入和脱插应可逆且主体结构没有或很少发生变化，这样尽可能大；（4）氧化还原电位随x的变化应该尽可能少，这样电池的电压不会发生显著变化，可保持较平稳的充电和放电；（5）插入化合物应有较好的电导率和离子电导率，这样可减少极化并能进行大电流充放电；（6）主体材料具有良好的表面结构，能够与液体电解质形成良好的SEI膜；（7）插入化合物在整个电压范围内具有良好的化学稳定性，在形成SEI膜后不与电解质等发生反应；（8）锂离子在主体材料中有较大的扩散系数，便于快速充放电；（9）从实用角度而言，主体材料应该便宜，对环境无污染。

一、碳负极材料碳负极锂离子电池在安全和循环寿命方面显示出较好的性能，并且碳材料价廉、无毒，目前商品锂离子电池广泛采用碳负极材料。

近年来随着对碳材料研究工作的不断深入，已经发现通过对石墨和各类碳材料进行表面改性和结构调整，或使石墨部分无序化，或在各类碳材料中形成纳米级的孔、洞和通道等结构，锂在其中的嵌入－脱嵌不但可以按化学计量LiC6进行，而且还可以有非化学计量嵌入－脱嵌，其比容量大大增加，由LiC6的理论值372mAh/g提高到700mAh/g～1000mAh/g，因此而使锂离子电池的比能量大大增加。

目前，已研究开发的锂离子电池负极材料主要有：石墨、石油焦、碳纤维、热解炭、中间相沥青基炭微球（MCMB）、炭黑、玻璃炭等，其中石墨和石油焦最有应用价值。

锂离子电池的主要组成部分

锂离子电池的主要组成部分锂离子电池主要由正极、负极、电解液、隔膜组成，此外电池内还包括粘结剂、导电炭黑、集流体、极耳、封装材料等组成部分。

各主要组分有以下特点：（1）能可逆脱嵌锂的活性材料为正负极；正极一般是氧化还原电位较高的过渡金属氧化物（LiMO2：M是Mn、Co、Ni中的一种或几种），负极是氧化还原电位较低的可嵌锂脱锂的活性材料，如石墨、Si、Sn合金等；（2）电解液为锂电池正负极之间的传输媒介，一般为溶有锂盐的碳酸酯类有机溶剂，锂盐主要有LiPF6、LiClO4等；（3）隔膜是具有一定孔隙率且电子绝缘的微孔薄膜，如聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP），隔膜的主要作用是分离电池正负极，避免正负极接触而发生短路，当电池内部由于短路温度升高到超过隔膜耐受温度时，常用的 PP/PE 会融化，封闭孔隙以阻止Li+通过，防止电池燃烧爆炸。

1锂离子电池正极材料锂离子电池的正极材料是二次锂电池的重要组成部分，它不仅作为电极材料参与电化学反应，还要作为锂离子源。

在设计和选取锂离子电池正极材料时，要综合考虑比能量、循环性能、安全性、成本及其对环境的影响。

理想的锂离子电池正极材料应该满足以下条件：①比容量大：要求正极材料有低的相对分子质量，且其宿主结构中能插入大量的Li+；②工作电压高：要求体系放电反应的Gibbs自由能负值要大；③充放电的高倍率性能好：要求电极材料内部和表面具有较高的扩散速率；④安全性能好：要求材料具有较高的化学稳定性和热稳定性；⑤容易制备，对环境友好，价格便宜。

锂离子电池正极材料一般为含锂的过渡金属氧化物和聚阴离子化合物。

因为过渡金属往往有多种价态，可以保持锂离子嵌入和脱出过程的电中性；另嵌锂化合物具有相对于锂的较高的电动势，可以保证电池具有开路电压。

一般来说相对于锂的电势，过渡金属氧化物大于过渡金属硫化物。

在过渡金属氧化物中，相对于锂的电势顺序为：3d 过度金属氧化物>4d过度金属氧化物>5d过度金属氧化物；而在3d过度金属氧化物中，尤以含Co、Ni、Mn元素的锂金属氧化物为主。

锂离子电池负极材料的研究进展

锂离子电池负极材料的研究进展摘要：当前全球范围内的石油和其他传统能源越来越稀缺，迫切需要有效开发和利用可再生能源，例如太阳能、风能和潮汐能。

但是，这些新能源供应不稳定且持续不断，因此需要先转换成电能再输出，这促进了可充电电池的研究。

传统的铅酸电池，镍镉电池和镍氢电池存在使用寿命短、能量密度低和环境污染等问题，极大地限制了它们的大规模应用。

当前，电池行业的首要任务是找到可替代传统铅酸电池和镍镉电池的可充电电池，迫切需要开发无毒、无污染的电极材料和电池隔膜以及无污染的电池。

与传统的二次化学电池相比，锂离子电池由于其吸引人的特性已经在电子产品中占主导地位，显示出广阔的发展前景。

关键词：锂离子电池；负极材料；研究进展引言国际能源结构正从传统化石能源的主导地位逐渐转变为低碳、清洁和安全的能源，以二次电池为代表的电化学储能技术已成为最有前途的储能技术之一。

锂离子电池因其比能量高、工作电压高、循环寿命长和体积小等特点得到了广泛关注。

锂离子电池主体由正极、隔膜、负极、封装壳体四部分组成，就提高电池的比能量而言，提高负极的性能相对于改进正极、隔膜、封装壳体更为容易。

负极又包括了电流集流体(通常是铜箔)、导电剂(通常是乙炔黑)、粘结剂(通常是聚偏氟乙烯)和具有与锂离子可逆反应的活性材料。

电极的性能几乎取决于活性材料的性能。

１嵌入型负极材料嵌入型负极材料嵌入机制可以描述为，材料结构中可以容纳一定的外来的锂离子，相变形成新的含锂的化合物，并且能在随后的充放电过程中脱出外来的锂离子，恢复到先前的原始结构。

嵌入型负极材料，包括已经商业化锂离子电池负极材料石墨、非石墨化的碳材料（如石墨烯、碳纳米管、碳纳米纤维）、ＴｉＯ２以及钛酸锂等。

其中碳质材料的优点包括良好的工作电压平台，安全性好以及成本低等。

但是也存在一些问题，如高电压滞后、高不可逆容量的缺点。

钛酸盐负极材料具有优异的安全性、成本低、长循环寿命的优点，但能量密度低。

石墨作为层状碳材料，是首先被商业化和人们所熟知的ＬＩＢ负极材料，也是最成功的嵌入型负极材料，锂离子嵌入后可生成层状ＬｉＣ６，其放电平台在０．２Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ＋／Ｌｉ）以下，有优异的嵌／脱锂动力学性能，是比较完美的ＬＩＢ负极材料。

水系钠离子电池负极材料NaTi2_（PO4）3_的研究进展

第14卷第4期2023年8月有色金属科学与工程Nonferrous Metals Science and EngineeringVol.14，No.4Aug. 2023水系钠离子电池负极材料NaTi 2（PO 4）3的研究进展刘晓娟a ，b ，王春香a ，b ，吴永麟a ，b ，钟晓辉a ，b ，廖斯民a ，b，李之锋*a（江西理工大学，a.材料冶金化学学部；b.江西省动力电池及材料重点实验室，江西赣州 341000）摘要：近年来，水系钠离子电池由于原材料储量丰富、安全可靠、环境友好等优势在电化学储能系统中引起了愈加广泛的关注与研究。

在已报道的诸多水系钠离子电池负极材料中，具有超离子导体结构的NaTi 2（PO 4）3 （NTP ）成为最具代表性的负极材料。

然而，由于NTP 固有的本征电子导电性差与不可逆的“溶解-沉淀”行为阻碍了其进一步实际应用。

本文综述了近几年来NTP 及其复合材料作为负极材料在水系钠离子电池中的研究进展，总结了NTP 改性的主要方法，包括表面修饰、尺寸形貌控制和掺杂取代，并对每种改性措施进行了详细论述。

最后对NTP 作为水系钠离子电池负极材料的应用前景进行了展望。

关键词：水系钠离子电池；NaTi 2（PO 4）3；负极材料；评述中图分类号：TM912.2；TG146.26 文献标志码：AResearch progress of NaTi 2（PO 4）3 anode materials for aqueoussodium-ion batteriesLIU Xiaojuan a, b , WANG Chunxiang a, b , WU Yonglin a, b , ZHONG Xiaohui a, b , LIAO Simin a, b , LI Zhifeng *a（a. Faculty of Materials Metallurgy and Chemistry ； b. Jiangxi Key Laboratory of Power Battery and Materials ， Jiangxi University ofScience and Technology ， Ganzhou 341000， Jiangxi ， China ）Abstract: In recent years, aqueous sodium-ion batteries have attracted increasing attention, and more and more research focuses on electrochemical energy storage systems due to their advantages of abundant raw materials, safety and reliability, and environmental friendliness. NaTi 2(PO 4)3 (NTP) with a superionic conductor structure has become the most representative anode material in many reported aqueous sodium-ion batteries. However, the inherent poor electronic conductivity and irreversible dissolution-precipitation behavior of NTP have hindered its further practical application. In this work, the research progress of NTP and its composites as anode materials in aqueous sodium-ion batteries in recent years were reviewed, and the main methods of NTP modification were summarized, including surface modification, size morphology control and doping substitution. Moreover, each modification method was also discussed in detail. Finally, the application prospects of NTP as anode materials for aqueous sodium-ion batteries are proposed.Keywords: aqueous sodium-ion batteries ； NaTi 2（PO 4）3；anode materials ； review 收稿日期：2022-07-22；修回日期：2022-11-19基金项目：国家自然科学基金资助项目（51874151）通信作者：李之锋（1979—　），副教授，主要从事新能源电池及其材料方面的研究。

溶胶凝胶法制备锂离子电池正极材料_省略__3_Co_1_3_O_2的研究_吴晓燕

２．１添加有机络合剂
在溶胶体系中添加有机络合剂是用来减小三元材料 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 颗粒尺寸、提高分散度的常用方法。Singh[23]等用柠檬酸(CA)作为络合剂，研究加入络合剂 CA 的量对 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 电化学性能的影响，即 CA 与金属离子的摩尔比值 R 对材料晶格参数和电化学性能的影响。经过研究分析：当 CA 与金属离子的摩尔比值 R =3 时，所得的材料 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 颗粒大小约 200 nm，并且在对其在 4.6～2.5 V 放电时，其首次循环的库仑效率约为 93%；Zhang 等 [24] 采用酒石酸作为凝胶络合剂，合成酒石酸和金属离子不同摩尔量比(R) 的前驱体(R =1, 2, 3, 4)，并对前驱体进行不同温度煅烧(分别是 450，700，800，900 ℃)，通过研究表明 R =2，煅烧温度为 900 ℃时所得到的三元材料物理和化学性质最好，其中 Ni2+ 与 Li+ 的阳离子混排率为 1.3%，在 2.8～4.4 V 进行充放电时，其首次放电比容量为 172 mAh/g，库仑效率为 93.4%。Kuthanapillil[25]等用间苯二酚和甲醛作为络合剂，经煅烧得到 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 的颗粒大小为 0.5～1 μm，颗粒堆积成孔洞，直径为 1～5 μm，具有较大的比表面积。对材料进行电化学性能研究，100 次循环后，孔洞结构大部分还维持着，充放电电压为 2.5～4.6 V 时，其首次放电比容量为 209 mAh/g，经 220 次循环，放电比容量为 190 mAh/g，20 C 时的放电比容量为 0.5 C 时的 84%，具有较好的电化学性能。Zhang[26]等用乙二胺四乙酸和柠檬酸 (EDTA-CA)作为双螯合剂，经煅烧得到多孔三维网状的 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2，颗粒尺寸约为 200 nm。并考察了 EDTA 与金属离子不同摩尔比值 R(R=0, 1, 2)对材料形貌、尺寸和电化学性能的影响。经研究，R=1 时材料电化学性能最好，在 1 C 和 10 C 倍率下，其放电比容量分别是 168 和 100 mAh/g，1 C 经

li2nio2脱锂电位

li2nio2脱锂电位全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：li2nio2脱锂电位是一种属于锂离子电池正极材料的氧化物，其具有很高的理论容量和优良的电化学性能。

相比于传统的锂离子电池正极材料，li2nio2脱锂电位能够实现更高的能量密度和更好的循环稳定性，可以显著提高电池的续航能力和循环寿命。

li2nio2脱锂电位具有很大的应用潜力，在电动汽车、储能系统等领域有着广阔的市场前景。

li2nio2脱锂电位的研究主要集中在其结构设计和合成方法上。

目前，研究人员已经发现了多种具有不同结构和性能的li2nio2脱锂电位材料，并且不断探索新的合成途径，以实现更好的性能优化。

通过改变材料的结构和组成，可以调控li2nio2脱锂电位的电化学性能，进而提高电池的性能和安全性。

除了结构设计和合成方法，li2nio2脱锂电位的表征和性能测试也是研究的重点之一。

通过使用各种表征技术，如X射线衍射、扫描电子显微镜等，可以揭示材料的结构特征和电化学反应机理，为优化材料性能提供有力的参考。

通过循环伏安测试、恒流放电等电化学性能测试，可以评估li2nio2脱锂电位的储能能力、循环稳定性等关键性能指标，为实际应用提供重要的参考。

在开发li2nio2脱锂电位材料的过程中，还需要考虑其生产成本、工艺可行性等实际问题。

研究人员需要寻找经济有效的合成方法，提高材料的产量和成品率，以实现大规模工业化生产。

还需要解决li2nio2脱锂电位材料的安全性和稳定性等问题，确保其在使用过程中不会发生意外。

第二篇示例：锂离子电池作为当前最主流的电池技术之一，在移动设备、电动汽车和储能系统等领域发挥着重要作用。

然而，随着电动汽车和储能市场需求的不断增长，锂资源供给变得更加受限，使得锂资源价格上涨并且储存成本增加。

因此，开发一种无需锂金属的电池技术势在必行。

在这种情况下，锂离子电池的替代技术——锂离子脱锂电位技术应运而生。

锂离子脱锂电位技术利用氧气吸收作为电子容器，将锂金属替换为氧气作为正极材料，从而实现电池免锂设计。

微专题14操作顺序排列(原卷版)

微专题14 操作顺序排列化学实验中，不同的反应物反应时，会得到不同的物质。

但即使所用试剂相同，反应条件也相同，所得产物也可能不同。

这除了反应物浓度的因素外，还与实验时反应物的添加顺序有关。

这看似微不足道”的实验顺序，却往往导致实验得出不同的结果，甚至于使实验失败或出现事故。

在化学实验中，实验操作顺序的先与后，对实验的成功或事故的发生有着至关重要的作用，这也是高考对化学实验操作规范考查的重点。

这不仅仅考查考生实验知识、技能的掌握情况，更重视考查考生的实验设计能力及科学探究与创新意识的素养水平。

1．(2023•浙江省1月选考，20) 某研究小组制备纳米ZnO ，再与金属有机框架(MOF)材料复合制备荧光材料ZnO@MOF ，流程如下：4ZnSO ,MOF 2NaOH εZn(OH)ZnO ZnO@MOF −−−−−−−→−−−−→-−−−−→−−−→滴加溶液搅拌过滤、洗涤控温煅烧ⅠⅡⅢ溶液纳米已知：①含锌组分间的转化关系：②εZn(OH)2是Zn(OH)2的一种晶型，39℃以下稳定。

请回答： (1)步骤℃，初始滴入ZnSO 4溶液时，体系中主要含锌组分的化学式是___________。

(2)下列有关说法不正确．．．的是___________。

A ．步骤℃，搅拌的作用是避免反应物浓度局部过高，使反应充分B ．步骤℃，若将过量NaOH 溶液滴入ZnSO 4溶液制备εZn(OH)2，可提高ZnSO 4的利用率C ．步骤℃，为了更好地除去杂质，可用50℃的热水洗涤D ．步骤℃，控温煅烧的目的是为了控制ZnO 的颗粒大小(3)步骤℃，盛放样品的容器名称是___________。

(4)用Zn(CH 3COO)2和过量(NH 4)2CO 3反应，得到的沉淀可直接控温煅烧得纳米ZnO ，沉淀无需洗涤的原因是___________。

(5)为测定纳米ZnO 产品的纯度，可用已知浓度的EDTA 标准溶液滴定2Zn +。

废旧锂离子电池中有价金属的分离与提取技术研究

废旧锂离子电池中有价金属的分离与提取技术研究废旧锂离子电池中有价金属的分离与提取技术研究随着科技的进步和社会的发展，锂离子电池已成为人们生活中不可或缺的能源存储设备。

然而，随着大量锂离子电池的使用和报废，废旧锂离子电池的处理问题也日益凸显。

废旧锂离子电池不仅占据大量的储存空间，还存在着对环境造成污染的风险。

此外，废旧锂离子电池中含有丰富的有价金属，如锂(Li)、钴(Co)、镍(Ni)等，若能有效地分离和提取这些有价金属，不仅可以节约宝贵资源，还可以为资源回收产业提供重要的原材料。

目前，针对废旧锂离子电池中有价金属的分离与提取问题，学术界和工业界已经开展了大量的研究工作。

其中，一种常用的分离与提取技术是湿法冶金法。

该方法通过溶解废旧锂离子电池中的金属物质，并在适当的条件下进行还原、结晶等处理，从而实现金属的分离与提取。

例如，可以使用酸浸法将废旧锂离子电池中的锂、钴和镍溶解，然后通过添加还原剂进行还原，最后通过结晶和过滤等步骤分离得到纯净的金属。

另外，还有一种常见的分离与提取技术是高温熔盐电解法。

该方法利用高温熔盐的导电性和金属的电化学性质，通过电解的方式将废旧锂离子电池中的有价金属分离提取出来。

熔盐电解法具有高效、快速、无污染等优点，被广泛应用于废旧锂离子电池中有价金属的回收利用。

然而，由于高温熔盐电解法需要较高的温度和特殊材料，也存在一定的技术和设备限制。

因此，在实际应用中需要综合考虑各种因素，选择合适的分离与提取技术。

除了湿法冶金法和高温熔盐电解法外，还有一些其他的分离与提取技术正在不断研究和探索中。

例如，超临界流体技术、微生物还原技术等，这些新兴技术在废旧锂离子电池的有价金属分离与提取领域展示了广阔的应用前景。

在实际应用中，不同的技术选择需要综合考虑多种因素。

例如，包括成本、效率、环境影响等。

应根据不同的废旧锂离子电池组成、规模和特点，选择合适的分离与提取技术。

同时，配套的设备和工艺也是实现分离与提取的关键。

草酸盐共沉淀法制备锂离子电池正极材料LiN_省略_0_5_Mn_0_5_O_2及

[Article]物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao )Acta Phys.-Chim.Sin .,2010,26(1)：51-56January Received:July 12,2009;Revised:September 10,2009;Published on Web:November 19,2009.*Corresponding author.Email:suyuefeng@;Tel:+86-10-68918099.The project was supported by the National Key Basic Research Program of China (973)(2009CB220100)and National High -Tech Research and Development Program of China (863)(2006AA11A165,2007AA11A104).国家重点基础研究发展规划项目(973)(2009CB220100)和国家高技术研究发展计划项目(863)(2006AA11A165,2007AA11A104)资助鬁Editorial office of Acta Physico -Chimica Sinica草酸盐共沉淀法制备锂离子电池正极材料LiNi 0.5Mn 0.5O 2及其电化学性能卢华权吴锋苏岳锋*李宁陈实包丽颖(北京理工大学化工与环境学院,国家高技术绿色材料发展中心,北京100081)摘要：使用草酸盐共沉淀法合成了LiNi 0.5Mn 0.5O 2,并研究了共沉淀时的pH 条件对终产物的结构、形貌及电化学性能的影响.采用X 射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)表征了在pH 值为4.0、5.5、7.0和8.5时得到的共沉淀和终产物LiNi 0.5Mn 0.5O 2的结构和形貌.使用充放电实验研究了不同pH 条件下得到的LiNi 0.5Mn 0.5O 2的电化学性能.结果表明,pH 为7.0时,合成的材料颗粒更小、分布最均匀,材料具有良好的层状特征,且材料中锂镍的混排程度最小.电化学测试结果印证了pH 为7.0时合成的材料具有更好的电化学性能,在0.1C 的倍率下,材料的首次放电比容量达到了185mAh ·g -1,在循环20周后,放电比容量仍然保持在160mAh ·g -1.X 射线光电子能谱(XPS)测试结果表明,pH 为7.0时合成的LiNi 0.5Mn 0.5O 2中Ni 为+2价,Mn 为+4价.关键词：锂离子电池;正极材料;草酸盐共沉淀;LiNi 0.5Mn 0.5O 2;电化学性能中图分类号：O646Electrochemical Performance of LiNi 0.5Mn 0.5O 2as Cathode Material for Lithium -Ion Batteries Prepared by Oxalate Co -Precipitation MethodLU Hua -QuanWU FengSU Yue -Feng *LI NingCHEN ShiBAO Li -Ying(National Development Center of Hi -Tech Green Materials,School of Chemical Engineering &Environment,Beijing Institute of Technology,Beijing 100081,P.R.China )Abstract ：The oxalate co -precipitation method was used to synthesize LiNi 0.5Mn 0.5O 2.The effects of pH on the structure,morphology,and electrochemical performance of LiNi 0.5Mn 0.5O 2were investigated.The crystal structures and surface morphologies of the oxalate precursor and LiNi 0.5Mn 0.5O 2obtained at pH=4.0,5.5,7.0,8.5were characterized by X -ray diffraction (XRD)and scanning electron microscopy (SEM)methods.The electrochemical performance of LiNi 0.5Mn 0.5O 2was evaluated by galvanostatic charge/discharge tests.Results show that the LiNi 0.5Mn 0.5O 2obtained at pH=7.0has a smaller particle size,more uniform distribution,better layered characteristics and a smaller degree of cation mixing.Electrochemical tests confirmed that the sample obtained at pH =7.0had the best electrochemicalperformance.At 0.1C rate,its discharge capacity reached 185mAh·g -1at the first cycle and remained over 160mAh ·g -1after the 20th cycle.X -ray photoelectron spectroscopy (XPS)results indicated that the oxidation states of Ni and Mn in the LiNi 0.5Mn 0.5O 2obtained at pH=7.0were +2and +4,respectively.Key Words ：Lithium -ion battery;Cathode material;Oxalate co -precipitation;LiNi 0.5Mn 0.5O 2;Electrochemical performance自从1991年锂离子电池诞生以来,经过多年的快速发展,锂离子电池已经成为新一代高效便携式能源,广泛应用于无线电通讯、数码相机、笔记本电脑及空间技术等[1-3].在常用的正极材料中,LiCoO 251Acta Phys.-Chim.Sin.,2010Vol.26由于电压高,电化学性能稳定等优点仍然在市场上占据重要地位.然而由于Co资源的相对缺乏,导致其价格昂贵.另外LiCoO2比容量也偏低,只有140 mAh·g-1,其发展受到限制.随着3G(3rd generation)业务在我国全面开展,现有LiCoO2/C体系锂离子电池已经满足不了人们对电池的高容量、低成本的需求,因此寻找高容量的锂离子电池正极材料并有效降低生产成本成为摆在我们面前的重要课题.近年来,一种高容量的层状正极材料LiNi0.5Mn0.5O2引起广泛关注,与传统的LiCoO2相比,LiNi0.5Mn0.5O2正极材料具有一定的优越性.首先其比容量高,且其前驱体不含Co,因此具有资源丰富、价格便宜、污染少等优点,被认为是一种颇具应用前景的正极材料.但由于LiNiO2和LiMnO2相容性差,制备高电化学活性的LiNi0.5Mn0.5O2比较困难.使用固相法[4,5]、溶胶-凝胶法[6-8]等合成的LiNi0.5Mn0.5O2往往具有较大不可逆容量,且容量衰减严重.产生这些问题的主要原因是,这些方法合成的LiNi0.5Mn0.5O2材料中存在8%-12%的Li/Ni换位混排,而这种锂镍的混乱排列使得Li层间距减小,从而降低了Li离子的扩散速度,减少了LiNi0.5Mn0.5O2中可参与循环的Li离子的量,导致其容量、倍率性能和循环稳定性都有很大程度降低[9].Ohzuku等[10,11]利用Ni、Mn氢氧化物的结构相似性,使用共沉淀法得到Ni、Mn氢氧化物的固溶体,再混入锂盐高温处理成功合成了高电化学活性的LiNi0.5Mn0.5O2材料,此后氢氧化物共沉淀法也成为合成LiNi0.5Mn0.5O2最常用的方法.然而,锰(II)在碱性溶液中遇空气容易被氧化成锰(IV),使得合成的Ni、Mn氢氧化物的固溶体不够均匀,导致材料的层状结构中锂、镍的混排严重,影响其电化学性能[12],因此使用氢氧化物共沉淀法合成过程中常常需要使用氩气保护[13,14],使得合成过程复杂化不易控制.为了简化合成过程,避免使用惰性气体保护,本文使用了一种简单的方法———草酸盐共沉淀法,取代了氢氧化物共沉淀法来合成LiNi0.5Mn0.5O2.在获得草酸盐共沉淀时,可以将溶液的pH值控制在中性甚至偏酸性环境下,因此不用氩气保护也可以保证二价锰不被氧化,最后也得到均匀的镍锰草酸盐固溶体.由于草酸锰和草酸镍具有相同的结构特征,因此共沉淀形成的产物是镍锰的草酸盐共晶[15],其中的镍和锰达到了原子级的均匀分布,这使得合成的终产物LiNi0.5Mn0.5O2材料具有很高的电化学活性.本文研究了不同pH值条件下镍锰草酸盐共沉淀的形貌、结构,以及不同沉淀pH条件对最终产物LiNi0.5Mn0.5O2性能的影响,找出了最佳的合成pH条件.1实验部分1.1材料合成起始原料为LiNO3(分析纯,98%,北京化学试剂公司),Ni(NO3)2·6H2O(分析纯,98%,北京化工厂), Mn(NO3)2溶液(分析纯,50%,天津光复科技发展有限公司).(NH4)2C2O4·H2O(分析纯,99.5%,天津福晨化学试剂厂).把一定量的硝酸镍、硝酸锰的混合物(其中镍离子和锰离子的摩尔为1∶1)和草酸铵分别溶解在去离子水中.将草酸铵溶液与混合物溶液同时均匀地滴入不断搅拌的反应器中,使之混合反应直到两种溶液完全反应为止,生成了镍锰分布均匀的草酸盐沉淀.在反应过程中将溶液的pH分别控制在4.0,5.5, 7.0,8.5.将得到的沉淀用去离子水洗涤数次,过滤,烘干.将烘干的沉淀粉末在一定量的LiNO3中研磨均匀,在450℃下恒温预烧6h,使得草酸盐共沉淀和LiNO3完全分解为氧化物.将分解后得到的混合氧化物压成片状,使其充分接触,最后在800℃下煅烧12h得到结晶良好的LiNi0.5Mn0.5O2.1.2结构表征使用XRD(日本理学公司Dmax/2400)分析材料的结构,Cu靶Kα射线,靶电流40mA,靶电压40 kV,前驱体的扫描范围为10°-60°,终产物的扫描范围为10°-80°.用SEM(荷兰FEI公司Quanta600)观察颗粒的形貌.采用XPS(日本真空公司PHI Quan-tera)分析了材料中元素的化合价,用Al Kα辐射作为激发源(1486.6eV).1.3电池组装与电化学性能测试将正极材料、乙炔黑(日本DENKA生产)和聚偏氟乙烯(PVDF,有色金属研究总院)以质量比为75∶18∶7混合均匀,加入溶剂N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP),混合成浆状,调节至一定的粘度.将浆料均匀地涂抹于铝箔上,最后在120℃真空干燥12h,得到正极膜.负极用锂片,隔膜用Celgard2400,电解液为1.0mol·L-1LiPF6-EC(碳酸乙烯酯)+DEC(碳酸二乙酯)(体积比1∶1),在氩气气氛手套箱中组装试验纽扣电池.实验电池测试在Land测试充放电仪(武汉金诺公司)上进行.循环伏安实验采用电化学工作站CHI660C(上海辰华).52No.1卢华权等：草酸盐共沉淀法制备锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn0.5O2及其电化学性能2结果与讨论2.1不同pH条件对共沉淀前驱体的结构与形貌的影响在共沉淀的反应中,沉淀时溶液的pH值是影响反应的一个重要因素.由于Ni和Mn在草酸盐体系中的沉淀速度、平衡溶度积各不相同,因此溶液的pH值在一定程度上影响了离子的混合均匀性,不同的pH条件对最后得到的沉淀的成分、结构以及形貌产生很大的影响.2.1.1XRD分析图1是在不同的pH(pH=4.0,5.5,7.0,8.5)条件下得到的镍锰草酸盐共沉淀的XRD图.由图1所示的XRD结果可以看出,当pH=4.0,5.5,7.0时,得到的镍锰草酸盐具有的相同的晶形,其衍射花样与Donkova等[15]得到的Ni x Mn1-x C2O4·2H2O的射花样一致,可判定得到的共沉淀是β-型的[Ni0.5Mn0.5]C2O4·2H2O,它是NiC2O4·2H2O和MnC2O4·2H2O的共晶物.而且当pH=7.0时的衍射峰强度比pH=4.0,5.5的衍射峰强度大,说明当pH=7.0时,晶体生长得更好.在草酸盐沉淀的β-型共晶[Ni0.5Mn0.5]C2O4·2H2O 中,镍和锰的分散可达到原子级,这对合成高电化学活性的终产物LiNi0.5Mn0.5O2非常有利.然而当pH 达到8.5时,相应衍射峰的强度很低,存在杂相峰,而且谱图中还有一系列小的弥散峰,表明样品结晶度很低,形成了一些无定形的杂相.2.1.2SEM分析图2是在不同的pH(pH=4.0,5.5,7.0,8.5)条件下得到的镍锰草酸盐共沉淀前驱体的扫描电镜照片.从图2可以看出,当pH≤7.0时,不同pH条件下的镍锰草酸盐共沉淀的形貌类似,沉淀的颗粒是边角分明的多面体.一次粒子的粒径在3-5μm之间,而这些一次粒子团聚组成较大无规则颗粒.当pH为8.5时,得到的沉淀的形貌与前三种有明显的区别,它的颗粒呈表面毛糙的球状,粒径在5μm左右,表明当pH在碱性范围时,沉淀的成分发生了变化,沉淀不再是镍锰草酸盐的共晶.2.2LiNi0.5Mn0.5O2的结构与形貌分析2.2.1LiNi0.5Mn0.5O2的XRD分析图3是使用不同pH条件下得到的前驱体合成的终产物LiNi0.5Mn0.5O2的XRD图谱,根据几条强衍射峰的d值,通过最小二乘法计算的晶胞参数列图1不同pH条件下草酸盐共沉淀前驱体的XRD谱图Fig.1XRD patterns of oxalate co-precipitation precursor obtained at different pH values 图2不同pH条件下草酸盐共沉淀前驱体的SEM图Fig.2SEM images of oxalate co-precipitationprecursor obtained at different pH values图3不同pH条件下合成的LiNi0.5Mn0.5O2样品的XRD谱图Fig.3XRD patterns of LiNi0.5Mn0.5O2samples synthesized at different pH valuespH=4.0pH=5.5pH=7.0pH=8.553Acta Phys.-Chim.Sin.,2010Vol.26于表1.从图3可以看出,使用不同pH 条件得到的前驱体合成的终产物LiNi 0.5Mn 0.5O 2衍射峰都可以标定为典型α-NaFeO 2层状结构,属于六方晶系,R -3m 空间群.另外,沉淀条件为pH=7.0的材料的衍射峰(006)/(102)及(108)/(110)具有明显的裂分,说明材料具有层状结构的典型特征.表1显示随着沉淀pH 的升高,终产物LiNi 0.5Mn 0.5O 2的晶胞参数c /a 比值逐渐提高.据报道[16],在层状材料中,c /a 值与层状结构晶胞中的内层间空间有关,c /a 的值越大,表明晶胞内层空间越大,锂离子具有更宽的嵌入和脱出的通道,因此电化学性能越好.I (003)/I (104)是影响材料电化学性能的另一个重要的数据.一般认为,I (003)/I (104)是由LiNi 0.5Mn 0.5O 2材料中Li +和Ni 2+换位的程度决定的,即I (003)/I (104)的值越大,Li +和Ni 2+换位的程度越小,因此电化学性能就越好[12,17].而pH 为7.0时得到的材料的I (003)/I (104)的值最大,说明这种条件下合成的材料,Li +和Ni 2+的混排程度小,预示着材料具有较好的电化学性能.2.2.2LiNi 0.5Mn 0.5O 2的SEM 分析由于材料的颗粒尺寸大小和表面形貌是影响材料电化学性能的重要因素,因此我们对使用不同pH 条件的前驱体合成的LiNi 0.5Mn 0.5O 2样品进行了扫描电镜表征.图4是其扫描电镜图,可以看出,pH=8.5条件下合成的终产物LiNi 0.5Mn 0.5O 2的颗粒尺寸最大,而且有较严重的团聚现象.而pH=7.0条件下得到的终产物的颗粒尺寸最小,且分散比较均匀.pH=4.0和5.5的材料颗粒尺寸和团聚程度介于前两者之间.较小的颗粒尺寸、均匀的分散和规则的形貌对于锂离子在层状结构中的嵌入和脱出是非常有利的,可以大大提高材料的电化学性能.可以看出,pH=7.0的材料形貌最利于锂离子的嵌入和脱出,理应具有较好的电化学性能.2.3电化学性能测试图5是样品电池在0.1C 的充放电倍率,2.5-4.5V 的电位窗口下测得的第1、5和10周的充放电曲线图.从图中可以看出,不同pH 条件下得到的终产物LiNi 0.5Mn 0.5O 2的首次充电比容量相差不大,都在210mAh ·g -1上下.然而首次放电比容量却出现了很大差别,pH=7.0条件下的材料首次放电比容量最高,达到了185mAh ·g -1,而pH=8.5的材料比容量最低仅有160mAh ·g -1.通过对比第5、10周的充放电曲线可以发现,pH 为7.0的材料第5、10周只有较小的容量衰减,而其他pH 条件得到的材料第10周的放电比容量相比首次放电比容量衰减了40mAh ·g -1pH a /nm c /nm c /a I (003)/I (104)4.00.2884 1.4188 4.9200.9825.50.2892 1.4228 4.920 1.0897.00.2899 1.4300 4.933 1.2648.50.28851.43154.9620.870表1不同pH 条件下合成的LiNi 0.5Mn 0.5O 2样品的晶胞参数和特征峰强度比Table 1Lattice parameters and ratio of characteristicpeak intensities of LiNi 0.5Mn 0.5O 2samples synthesized at different pH values 图4不同pH 条件下合成的LiNi 0.5Mn 0.5O 2样品的SEM 图Fig.4SEM images of LiNi 0.5Mn 0.5O 2samplessynthesized at different pH values图5不同pH 条件下合成的LiNi 0.5Mn 0.5O 2正极材料在2.5-4.5V 的电压范围内第1、5和10周的充放电曲线Fig.5Charge -discharge curves of the LiNi 0.5Mn 0.5O 2cathode material synthesized at different pH values at 1st,5th,and 10th cycles in the voltage range of 2.5-4.5V54No.1卢华权等：草酸盐共沉淀法制备锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn0.5O2及其电化学性能以上.图6是使用不同的pH条件的前驱体合成的LiNi0.5Mn0.5O2的循环性能曲线.几种材料的比容量都随着循环次数的增加而衰减,其中pH为8.5时合成的材料衰减最为严重,其次是pH为4.0、5.5的, pH为7.0的材料在经过20周循环后容量仍然稳定在160mAh·g-1.通过循环稳定性的比较可以推断,随着沉淀时pH从酸性到中性,合成的材料的性能越来越好.而当pH由中性过渡到碱性时,材料的性能明显变差,这可能是由于沉淀时锰离子在碱性环境中被氧化导致前驱体中出现杂相,使得材料中镍锰的分布不均匀,最终合成的材料中Li+和Ni2+的混排严重所致.图7是样品电池在2.5-4.5V的电位窗口下扫描速率为0.1mV·s-1的条件下得到的循环伏安曲线,由图7可以看出,不同pH条件下合成的LiNi0.5Mn0.5O2的循环伏安曲线的形态比较相似,在3.87V附近出现氧化峰,在3.70V附近出现还原峰,与文献报道的相似[8,18],这一对氧化还原峰对应于Ni2+/Ni4+的氧化还原[19,20].有文献[21]报道,在层状材料中,Mn3+/Mn4+氧化还原点对出现在2.9V附近,4种样品的循环伏安曲线在3V的范围内没有氧化还原峰出现,说明Mn在电化学反应过程中始终保持+4价.表2列出不同pH条件下合成的LiNi0.5Mn0.5O2图6不同pH条件下合成的LiNi0.5Mn0.5O2正极材料在2.5-4.5V的范围内以0.1C的倍率充放电的循环性能曲线Fig.6Cycling performance of LiNi0.5Mn0.5O2cathode material synthesized at different pH values between2.5-4.5V at0.1C rate图7不同pH条件下合成的LiNi0.5Mn0.5O2正极材料在2.5-4.5V区间内以0.1mV·s-1的扫描速率下得到的循环伏安曲线Fig.7Cyclic voltammograms of LiNi0.5Mn0.5O2cathode material synthesized at different pH values in the voltage of2.5-4.5V at a scanning rate of0.1mV·s-1表2不同pH条件下合成的LiNi0.5Mn0.5O2正极材料的循环伏安数据Table2Cyclic voltammogram data of LiNi0.5Mn0.5O2 cathode material synthesized at different pH valuesφox:oxidation peak potential,φred:reduction peak potential,△φ:the differential potential betweenφox andφred图8pH=7.0条件下合成的LiNi0.5Mn0.5O2材料中Ni2p3/2(a)和Mn2p3/2(b)的XPS图谱Fig.8XPS spectra of Ni2p3/2(a)and Mn2p3/2(b)of LiNi0.5Mn0.5O2material obtained at pH=7.0pHφox/Vφred/V△φ/V4.0 3.909 3.6880.2215.5 3.867 3.7050.1627.0 3.856 3.7030.1538.5 3.872 3.7100.16255Acta Phys.-Chim.Sin.,2010Vol.26的氧化峰和还原峰的电位.由于氧化电位(φox)与还原电位(φred)的差值(△φ)可以反映材料的电化学可逆性,差值(△φ)越小,说明该材料的电化学可逆性与循环稳定性越好.通过表中的数据可以得出结论:在pH=7.0条件下得到的材料,具有较好的电化学可逆性和循环稳定性能.2.4LiNi0.5Mn0.5O2的元素XPS分析为了进一步验证材料中Ni和Mn的价态,对pH= 7.0时得到的LiNi0.5Mn0.5O2样品进行了XPS分析.图8为LiNi0.5Mn0.5O2材料中Mn2p3/2、Ni2p3/2的XPS谱图.由图8可以看到,在Ni的XPS谱图中,在854.6eV处有一个主峰,对应着Ni2p3/2的结合能,这个结果与文献报道的相符,可以确定产物LiNi0.5Mn0.5O2中的Ni为+2价[22].同样的,在Mn的XPS谱图中,在642.2eV处也有一个主峰,它对应的是Mn2p3/2的结合能,可以确定Mn为+4价[8].实验结果中没有出现+3价Ni和+3价Mn的峰,所以这两种元素都为单一价态.这与材料循环安伏曲线的分析结果一致.3结论使用草酸盐共沉淀法制备了[Ni0.5Mn0.5]C2O4·2H2O前驱体,后续与LiNO3混合成了锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn0.5O2.对不同pH条件下沉淀时合成的草酸盐前驱体和终产物的形貌和结构进行表征,结果表明,pH为7.0时,合成的材料颗粒最小、分布更均匀,材料中锂镍的混排程度最小.电化学测试结果印证了pH为7.0时合成的材料具有更好的电化学性能;在0.1C的倍率下,LiNi0.5Mn0.5O2材料的首次放电比容量达到了185mAh·g-1,在循环20周后,放电比容量仍然保持在160mAh·g-1.循环伏安测试表明,材料具有较好的循环可逆性,适合作为一种正极材料用于制备高容量、低成本的锂离子电池.References1Broussely,M.J.Power Sources,1999,81:1372Broussely,M.J.Power Sources,1999,81:1403Tarascon,J.M.;Armand,M.Nature,2001,414:359.4Wu,Q.;Li,X.;Yan,M.;Jiang,mun.,2003, 5:8785Cushing,B.L.;Goodenough,J.B.Solid State Sci.,2002,4:1487 6Ghany,A.;Zaghib,K.;Gendron,F.;Mauger,A.;Julien,C.M.Electrochim.Acta,2007,52:40927Wang,X.;Zhou,F.;Zhao,X.;Zhang,Z.;Ji,M.;Tang,C.;Shen, T.;Zheng,H.J.Cryst.Growth,2004,267:1848Gopukumar,S.;Chung,K.Y.;Kim,K.B.Electrochim.Acta, 2004,49:8039Kang,K.;Meng,Y.S.;Bréger,J.;Grey,C.P.;Ceder,G.Science, 2006,311:97710Ohzuku,T.;Makimura,Y.Chem.Lett.,2001,8:74411Makimura,Y.;Ohzuku,T.J.Power Sources,2003,119:15612Hinuma,Y.;Meng,Y.S.;Kang,K.;Ceder,G.Chem.Mater., 2007,19:179013Cho,T.H.;Park,S.M.;Yoshio,M.;Hirai,T.;Hideshima,Y.J.Power Sources,2005,142:30614Lee,K.S.;Myung,S.T.;Moon,J.S.;Sun,Y.K.Electrochim.Acta,2008,53:603315Donkova,B.;Kotzeva,B.;Vasileva,P.;Mehandjiev,D.Thermochim.Acta,2009,481:1216Pouillerie,C.;Croguennec,L.;Delmas,C.Solid State Ionics, 2000,132:1517Julien,C.;Ziolkiewicz,S.;Lemal,M.;Massot,M.J.Mater.Chem., 2001,11:183718Meng,X.;Dou,S.;Wang,W.L.J.Power Sources,2008,184:489 19Yoon,W.S.;Grey,C.P.;Balasubramanian,M.;Yang,X.Q.;McBreen,J.Chem.Mater.,2003,15:316120Yoon,W.S.;Paik,Y.;Yang,X.Q.;Balasubramanian,M.;McBreen,J.;Grey,C.P.Electrochem.Solid State Lett.,2002,5:A26321Paulsen,J.M.;Thomas,C.L.;Dahn,J.R.J.Electrochem.Soc., 2000,147:86122Shaju,K.M.;Rao,G.V.S.;Chowdari,B.V.R.Electrochim.Acta, 2003,48:150556。

锂离子电池负极材料Li2MgSi的Li脱嵌性质研究

［收稿日期］２００６—１ｌ０一０［基金项目］福建省自然科学基金资助项目（０１０５Ｅ４０２）［作者简介］刘慧英（９４一）１６，女，副教授，从事材料性质的计算机模拟研究
维普资讯
第１期
刘慧英等：锂离子电池负极材料Ｌ：ｓ的Ｌ脱嵌性质研究ｉＭｇｉｉ
００．）和（．，．，．）；ＬＳ中Ｉ除了占据了所有的间隙位置外，还占据了原来Ｍｇ占据的一半０００００５ｉｉＪＭｇｉ
［摘要］使用基于平面波展开的第一原理赝势法，研究了锂离子电池负极材料ＬＭＳ在各种脱锂量下ｉｇｉ的锂脱嵌形成能、相应的体积变化、能带结构、电子态密度以及电荷密度分布．计算结果表明：脱锂量越
大需要的能量越大，随脱锂量的变化，平均一个锂的脱嵌形成能在一１２．ｌ～一１６ｖ之间．脱锂过程中，．ｌｅ
Ｊｎ０７ａ．２ｏ
［文章编号］１０７０（０７００２００７— ４５２０）ｌ一０８— ５
锂离子电池负极材料Ｌ２Ｓ的Ｌ脱嵌性质研究ｉｉＭｇｉ
刘慧英，朱梓忠
（．集美大学理学院，福建厦门３１２；２１６０１．厦门大学物理与机电工程学院，福建厦门３１０）６０５
容量衰退很快，循环性能较差．针对体积变化大是导致材料循环性能较差的重要原因，可以尝试Ｊ用下面的方法改善其性能：将材料制成薄膜或减小材料的颗粒尺度，以缓解机械性胀缩导致材料的碎裂和瓦解；另外也可以尝试掺杂某种其它元素，或许可以抑制和降低材料的胀缩程度．Ｍ：ｉｇＳ具有比容量大、储量丰富、价格低廉等优点，如能克服其循环性能差的缺点，可望成为较理想的锂离子

锂离子电池负极材料的研究进展

锂离子电池负极材料的研究进展摘要：锂离子电池作为一种电源应用很广泛，但是在应用中存在一些不足，选取电化学性能良好的正负极材料是提高和改善锂离子电池电化学性能最重要的因素。

简单介绍锂离子电池的电化学反应原理和从新型碳材料、硅基负极材料、锡基负极材料三方面锂离子电池的研究状况，并展望了锂离子电池负极材料的发展趋势。

关键词：锂离子电池；负极材料；研究现状0 引言目前全球最具潜力的可充电电池是锂离子电池。

用碳负极材料的商品化的锂离子电池可逆比容量已达350 mA∙h/g，快接近理论比容量372mA∙h/g[1]。

随着全球化的加快，科技日新月异，电子产品日益普及，发展中的电动汽车等对电池能源提出了更高的要求，其中主要包括能量密度、使用寿命等[2]。

开发新型、廉价的负极材料是锂离子电池研究的热点课题之一。

就目前而言，主要有新型碳材料、锡基材料、硅基材料等，本文研究了这些新型负极材料的研究现状及未来的发展方向。

1锂离子电池的电化学反应原理锂离子电池是指用锂离子嵌入化合物作为正负极的二次电池.锂离子电池的正极材料必须有能够接纳锂离子的位置和扩散路径,目前应用性能较好的正极材料是具有高插入电位的层状结构的过渡金属氧化物和锂的化合物,如LixCoO2,LixNiO2以及尖晶石结构的LiMn2O4等,这些正极材料的插锂电位都可以达到 4 V以上(vs.Li+/Li)[3].负极材料一般用锂碳层间化合物Li x C6,其电解质一般采用溶解有锂盐LiPF6、LiAsF6等的有机溶液。

锂离子电池实际上是一个锂离子浓差电池,正负电极由两种不同的锂离子嵌入化合物构成.充电时,Li+从正极脱嵌经过电解质嵌入负极,此时负极处于富锂态,正极处于贫锂态;放电时则相反,Li+从负极脱嵌,经过电解质嵌入正极,正极处于富锂态,负极处于贫锂态.锂离子电池的工作电压与构成电极的锂离子嵌入化合物本身及锂离子的浓度有关[3]。

2新型碳材料在新型碳负极方面，未来的发展将主要集中在高功率石墨类负极及非石墨类高容量碳负极，以满足未来动力和高能电池的需求。

锂离子电池负极材料的研究进展

锂离子电池负极材料的研究进展一、本文概述随着全球能源危机和环境污染问题的日益严重，清洁、高效的能源存储技术成为了研究的热点。

锂离子电池，作为一种重要的能量存储和转换装置，广泛应用于电动汽车、移动通讯、便携式电子设备等领域。

其中，负极材料是锂离子电池的重要组成部分，其性能直接影响电池的能量密度、循环稳定性和安全性。

因此，对锂离子电池负极材料的研究具有重要意义。

本文旨在全面综述锂离子电池负极材料的研究进展，包括负极材料的种类、性能特点、制备方法以及应用现状等方面。

通过对近年来相关文献的梳理和分析，总结了锂离子电池负极材料的研究现状和发展趋势，旨在为负极材料的深入研究和应用提供理论支撑和参考依据。

本文介绍了锂离子电池的基本结构和工作原理，明确了负极材料在电池性能中的作用。

综述了不同类型负极材料（如碳基材料、金属氧化物、合金材料等）的性能特点和应用优势，分析了其优缺点及适用场景。

接着，重点介绍了负极材料的制备方法，包括物理法、化学法以及新型纳米技术等，并探讨了各种方法的优缺点及发展趋势。

总结了锂离子电池负极材料的研究进展，展望了未来的发展方向，以期推动锂离子电池技术的不断进步和应用拓展。

二、锂离子电池负极材料的分类与特点锂离子电池的负极材料是决定电池性能的关键因素之一，其性能直接影响着电池的容量、循环寿命和安全性。

随着科技的进步和研究的深入，锂离子电池负极材料的种类不断丰富，性能也在持续提升。

以下将简要介绍几种主要的锂离子电池负极材料及其特点。

碳基负极材料：碳基负极材料是最早被应用于锂离子电池中的负极材料，主要包括石墨、软碳、硬碳等。

石墨负极具有良好的导电性、层状结构以及较高的理论比容量，因此在实际应用中占据主导地位。

然而，石墨负极在充放电过程中易发生体积膨胀和收缩，导致电池循环性能下降。

软碳和硬碳则具有更好的循环稳定性和更高的比容量，但其首次不可逆容量损失较大。

锡基负极材料：锡基负极材料具有较高的理论比容量和良好的嵌锂性能，因此受到广泛关注。

锂离子电池嵌入和脱嵌

锂离子电池嵌入和脱嵌
锂离子电池是一种重要的电池类型，广泛应用于移动设备、电动汽车、储能系统等领域。

其中，锂离子电池的嵌入和脱嵌过程是其工作原理的核心。

嵌入过程是指锂离子从正极材料中（如LiCoO2）进入负极材料（如石墨）的过程，脱嵌过程则是指锂离子从负极材料中释放出来，回到正极材料中的过程。

这个过程是由锂离子在电解液中的扩散所驱动的。

在嵌入和脱嵌过程中，锂离子的扩散速率、电极材料的结构、电解液的组成等因素都会影响电池的性能和寿命。

因此，对锂离子电池嵌入和脱嵌过程的研究十分重要，可以帮助我们更好地理解电池的工作原理，提高电池的性能和安全性。

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锂离子电池负极材料的研究进展

锂离子电池负极材料的研究进展化学与生物工程学院化工08-1 3080313115 班继航摘要：锂离子电池的石墨负极材料已商品化，但还存在一些难以克服的弱点，所以寻找性能更为优良的非碳负极材料仍然是锂离子电池研究的重要课题。

本文综述了在锂离子电池中已实际使用的碳素类负极材料的特点和研究进展情况，并且介绍了正在探索中的锂离子电池非碳负极材料的研究现状。

关键词：锂离子电池负极材料非碳负极材料研究进展锂离子电池与其它二次电池相比具有电压高、比能量大、质量轻、环境友好等优点，目前已经广泛应用于便携式电子产品和电动工具等领域，并有望成为未来混合动力汽车和纯动力汽车的能源供给之一。

负极材料是决定锂离子电池综合性能优劣的关键因素之一，锂离子电池的负极是由负极活性物质碳材料或非碳材料、粘合剂和添加剂混合制成糊状胶合剂均匀涂抹在铜箔两侧，经干燥、滚压而成的。

锂离子电池能否成功地制成，关键在于能否制备出可逆地脱／嵌锂离子的负极材料。

目前商业化石墨类碳负极材料虽然具有较好的循环性能，但由于存在较低的质量比容量（理论值为372 mAh/g ）和较差的高倍率充放电性能，尤其是体积比容量相当有限。

因此进一步提高其容量的空间很小，远不能满足未来高容量长寿命电子设备的需求。

近年来，金属及合金类材料是研究得较多的新型高效储锂负极材994 料体系，其中锡金属与锡合金具有高质量比容量（锡的理论值为mAh/g）和低成本的优势，特别是具有高体积比容量（锡的理论值为7200 mAh/cm3，是碳材料体积比容量的10倍，因此现已成为目前国际上研究的主流负极材料之一。

然而，传统的建立在实验基础之上的研究方法浪费了大量的人力、物力和财力，由于锡基候选电极材料的多样性，因此从理论上去寻求锡基嵌锂材料，探索一种合金理论设计方法，并用于指导实验和分析实验结果，以及模拟和预测锡基材料的各种电化学性能，对未来合金电极材料的研究发展具有重要的指导意义。

一般来说，选择一种好的负极材料应遵循以下原则：比能量高；相对锂电极的电极电位低；充放电反应可逆性好；与电解液和粘结剂的兼容性好；比表面积小（小于10m2/g），真密度高（大于2.0g/cm3）；嵌锂过程中尺寸和机械稳定性好；资源丰富，价格低廉；在空气中稳定、无毒副作用。

锂离子电池制造工艺及各工序品质控制要点

锂离子电池制造工艺及各工序品质控制要点1.引言1.1 概述锂离子电池作为一种高效、轻便且可靠的电力储存装置，广泛应用于手机、电动汽车、无人机等领域。

随着市场需求的增长和技术进步，锂离子电池制造工艺也在不断改进和完善。

本文将重点探讨锂离子电池制造工艺及各工序品质控制要点，并结合品质监控技术应用案例分析，为相关行业提供有益的参考和指导。

1.2 研究背景随着科学技术的不断发展，人们对新能源的需求越来越迫切。

锂离子电池由于其高能量密度、长寿命以及环境友好的特点，成为了新能源领域最具潜力的能量转换和储存设备之一。

然而，在实际生产过程中，由于工艺参数和原材料质量等因素的影响，锂离子电池存在一些品质问题，如容量衰减、内阻增加等。

因此，研究锂离子电池制造工艺及各工序品质控制要点，对于提高产品品质和性能具有重要意义。

1.3 目的和意义本文旨在系统地介绍锂离子电池制造工艺及各工序品质控制要点，并探讨传统监控技术与先进监测技术的应用案例。

具体目标如下：1) 概述锂离子电池制造工艺的步骤总览，包括正极材料制备、负极材料制备等关键工序；2) 分析各工序品质控制的概述，重点关注切割与成型工艺控制要点、电解液充注工序控制要点等；3) 通过案例分析，比较传统监控技术与先进监测技术在品质监控中的应用优劣；4) 总结研究结果并展望未来锂离子电池制造领域可能的发展方向。

通过本文的撰写和发布，期望能够为锂离子电池行业相关从业人员和研究者提供一份全面而有实际指导意义的参考资料，进一步推动相关技术的发展和创新。

同时，也为其他新能源领域的生产工艺和品质控制提供借鉴与启发。

2.锂离子电池制造工艺:2.1 步骤总览:锂离子电池的制造过程通常包括正极材料制备、负极材料制备、电解液配方及充注、装配以及封装等步骤。

这些步骤相互关联，每个步骤的质量控制都非常重要，以确保最终产品的性能和安全性。

2.2 步骤一: 正极材料制备:正极材料是锂离子电池中的重要部分，其性能直接影响到电池的容量和循环寿命。

浅析锂离子电池负极材料

浅析锂离子电池负极材料摘要：文章主要对锂离子电池负极材料进行分析，以期为锂离子电池负极材料的构建和性能优化提供重要的参考价值。

关键词：锂离子电池；负极材料一、锂离子电池负极材料概述锂离子电池主体由正极、隔膜、负极、封装壳体4部分组成，就提高电池的比能量而言，提高负极的性能相对于改进正极、隔膜、封装壳体更容易。

负极又包括了电流集流体(通常是铜箔)、导电剂(通常是乙炔黑)、粘结剂(通常是聚偏氟乙烯)和具有与锂离子可逆反应的活性材料。

电极的性能几乎取决于活性材料的性能。

二、碳类负极材料1.石墨石墨材料导电性能好，结晶度高，层状结构良好，适合锂的嵌入与脱嵌，易形成锂-石墨层间化合物Li-GIC，充放电比容量可以达到300mAh/g以上，其充放电效率在90％以上，不可逆容量低于50mAh/g。

锂在0~0.25V左右在石墨中发生脱嵌反应，具有良好的充放电电位平台，可与提供锂离子的正极材料LiMn2O4，LiNiO2，LiCoO2等匹配，制成的电池平均输出电压较高，是目前锂离子电池中应用最多的负极材料。

2.软碳软碳又称为易石墨化碳材料，是指在2500℃以上的高温下能石墨化的无定形碳材料。

根据前驱体烧结温度的区别，软碳会产生３种不同的晶体结构，分别是无定形结构、湍层无序结构和石墨结构，石墨结构也就是常见的人造石墨。

其中无定形结构由于结晶度低，层间距大，与电解液相容性好，因此低温性能优异，倍率性能良好，从而受到人们的广泛关注。

软碳首次充放电时不可逆容量较高，输出电压较低，无明显的充放电平台，因此一般不独立作为负极材料使用，通常作为负极材料包覆物或者组分使用。

在石墨负极中掺杂一定比例的软碳，发现可以改善电池的低温充电性能，且掺杂含量越高，低温充电性能越好，但循环性能后期则有所下降，经试验论证，掺杂20％的软碳能够实现低温充电和循环寿命的性能平衡。

3.硬碳硬碳又称难石墨化碳材料，在2500℃以上的高温也难以石墨化，一般是前驱体经500～1200℃范围内热处理得来。

石墨负极嵌锂相变-概述说明以及解释

石墨负极嵌锂相变-概述说明以及解释1.引言1.1 概述石墨负极嵌锂相变是一种在锂离子电池中广泛应用的重要技术，其可以显著提高电池的性能和循环寿命。

相较于传统的石墨负极材料，石墨负极嵌锂相变具有更高的嵌锂容量和更稳定的循环性能。

本文将对石墨负极嵌锂相变的基本原理、研究背景和机制进行深入探讨，并总结其优点和未来研究方向。

首先，我们将介绍石墨负极的基本原理。

石墨负极是一种常用的锂离子电池负极材料，其主要成分是碳。

石墨负极具有良好的导电性和稳定的化学性质，因此被广泛应用于电池领域。

然而，传统的石墨负极材料存在着嵌锂容量低和循环性能衰减等问题，这限制了电池的性能和寿命。

嵌锂相变是指锂离子在充放电过程中与负极材料发生化学反应，形成嵌锂化合物的过程。

石墨负极嵌锂相变主要通过改变石墨结构中的晶格间距和化学键能来实现。

当锂离子嵌入石墨负极时，石墨的晶格间距会发生变化，导致石墨结构重新排列，形成新的嵌锂化合物。

这种嵌锂相变可以显著提高石墨负极的嵌锂容量和循环性能。

石墨负极嵌锂相变的研究背景是锂离子电池技术的不断发展和进步。

随着移动电子设备以及电动车市场的快速增长，对高性能、高循环稳定性电池的需求也越来越高。

传统的石墨负极难以满足这一需求，因此石墨负极嵌锂相变的研究成为了锂离子电池领域的热点研究方向。

通过深入研究石墨负极嵌锂相变的机制，我们能够更好地理解其优点和应用潜力。

总之，本文的目的是探讨石墨负极嵌锂相变的基本原理、研究背景和机制，并分析其优点和未来研究方向。

通过对这一技术的深入了解，我们可以为锂离子电池的性能提升和应用拓展提供有力的支撑。

1.2 文章结构文章结构部分的内容可以包括以下内容：文章结构：本文主要包括引言、正文和结论三个部分。

引言部分旨在对石墨负极嵌锂相变的研究进行概述，介绍相关背景和研究目的。

正文部分主要分为三个小节，分别对石墨负极的基本原理、嵌锂相变的研究背景以及石墨负极嵌锂相变的机制进行阐述。

结论部分总结石墨负极嵌锂相变的优点，展望未来的研究方向，并对整篇文章进行总结。