绿色化学PPT(最终版)

时 间：
锂离子电池凭借其工作电压高、能量密度大、自 放电率低、无记忆效应等特点成为当今移动设备领域 使用最广泛的电源。为了满足日益发展的能源需求， 质量更轻、能量更高、放电比容量更大，更加绿色环 保的电极材料成为了新型锂离子电池关注的焦点。
主要内容
正极材料的研究进展及存在问题
正极材料的深入分析及改进
(2)共沉淀法合成
可操作性强、设 备要求低、易实 现放大工艺化生 产。
三、通过改性提高其电化学性能
——掺杂、包覆、形貌可控
(1)掺杂：通过引入某些金属或元素以增加离子或电子的导电性，增加其 结构稳定性，扩展离子通道，提高离子电导率，主要的掺杂元素有Mg、 Cr、Fe、Al、Ti等。 (2)包覆：在材料表面包覆一层稳定的薄膜物质，减少了正极活性物质 与电解液的接触，防止其溶解，提高循环稳定性及高倍率下的充放电 性能。 (3)形貌可控合成：通过加入模板剂或不同的合成方法来控制合成材 料的形貌，使其具有规则的形貌，粒子分散均匀，从而提高电化学 性能。
形貌可控合成
微乳液法合成
反微乳液法合成
模板法合成
水热法、溶胶凝胶法、溶剂热法……
四、分类回收，集中处理
需要你我的参与哦！
废旧锂离子电池回收步骤
新型电池正极材料的前景展望
(1)从合成方法出发：利用溶剂热合成前驱体的方法并结合高温烧结方法，成功制备 出尖晶石-层状组装球形富锂正极材料，将尖晶石相材料引入到层状富锂材料中，既 可保持尖晶石型正极材料的三维锂离子通道和优异倍率性能，还可显著改善其放电比 容量，从而极大提高了锂离子电池的能量密度和功率密度，为开发新型锂离子电池正 极材料提供了新思路。 (2)从储能机理出发：中科院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室（筹）清洁能源 实验室胡勇胜研究员等通过氮掺杂的碳材料包覆长寿命储能型锂离子电池用尖晶石结 构的钛酸锂（Li4Ti5O12），构建有效的三维混合导电网络，大大改善了该材料的倍率 性能。 (3)从晶体结构出发：中科院宁波材料技术与工程研究所刘兆平团队通过大量研究， 成功研发出类球形单晶大颗粒锰酸锂材料，其（111）晶面和相邻等价晶面通过无明 确棱的曲面相连接。因为锰的溶解一般发生在（111）面，科研人员开发的类球形单 晶锰酸锂相对于现在市场上流通的正八面体单晶锰酸锂，（111）面大大减少，降低 了锰的溶解，从而大幅度提高其高温循环性能。同时，这种类球形的锰酸锂具有更大 的压实密度。类球形锰酸锂材料的比表面积仅为0.2m2/g，是常规锰酸锂材料的1/5， 其高温循环性能达到了国际先进水平。
• 电子电导率低，离子扩散系数低 • 低温性能不佳，振实密度低
一、采用安全有效的反应原料
——经济、低毒、无污染、高性能
富锰基材料的合成
LiMnO2 的合成 LiMn2O4 的合成 LiMn2O3 的合成
LiNi0.5Mn1.5O4的 合成
LiNi0.5Mn0.5O2的 合成
Leabharlann Baidu
LiNi0.2Mn0.8O2的 合成
我们的设想
在锂离子电池体系中，正极材料作为二次锂离子电池的重 要组成部分，亟待提高其可逆比容量、降低材料和制造成本。 ①制备核壳结构的正极材料：选择以高容量材料为核和高
稳定性材料为壳相比非核壳材料，核壳材料具有更高的放电比 容量、更为优异的循环、倍率和热稳定性能。
②寻找天然植物染料代替有毒元素：从茜草植物的根中提
取染料茜素代替电极材料中常用的钴。
让我们一起努力吧！
谢谢！
LiMnxOy 的合成
LiNixMny Oz的合成
二、选择最优合成方法
——设备简单、无污染、可放大工艺化生产
(1)高温固相法：
一般先将金属盐和锂盐按化 学计量比以各种方式混合均匀， 然后高温烧结直接得到产物。 该方法虽然操作简单，但是对 设备的要求较高，反应时间长， 能耗大，易生成杂相。
不符合绿色化学理念！！！
Hubei Engineering University College of Chemistry and Material Science
绿色化学与锂离子电池正极材料
班 级: 0123013142班
专 业：
指导教师： 成
化学(应用化学方向)
付争兵
员： 何翠 高辉 郭西猛 冯贤斌 何艳 2014年 10月 13日
锂离子电池正极材料的种类
钴酸锂 （LiCoO2） 镍酸锂 （LiNiO2）
锰酸锂 （LiMnO2）
磷酸铁锂 （LiFePO4）
• 价格昂贵，资源匮乏，有毒性，造成污染 • 难以混合均匀，形貌不规则，电化学性能重现性差
• 工艺条件控制要求较高且易生成非计量化合物 • 高温下易分解，稳定性差，晶系易发生转变，容量衰减 • 锰在电解液中发生溶解，Jahn-Teller效应致使结构破坏 • Mn4+的氧化性，高度脱锂后的层状结构不稳定
新型电池正极材料的前景展望
锂离子电池结构示意图
锂离子正极材料的发展历程
锂离子电池的优势
电池对环境带来的危害
对于环境而言，一粒小小的纽扣电池可污染60万升水，相当于一 个人一生的饮水量；一节干电池可污染12立方水，1立方土壤，并造 成永久性公害…… ——摘自《国内外废电池管理与回收分析》
寻找循环性能好、放电比容量大、 热稳定性好、价格相对低廉、毒性 相对较低的锂离子电池正极材料已 成为大势所趋。