锂电池电极材料简介

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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。

磷酸铁锂概况

磷酸铁锂概况1.1 磷酸铁锂的基本概况磷酸铁锂英文名：LITHIUM IRON PHOSPHATE CARBON COATED；简称LFP；分子式：LiFePO4；分子量：157.76；CAS：15365-14-7；磷酸铁锂（分子式LiFePO4，简称LFP），是锂离子电池的一种正极材料，其特点是原料价格低廉丰富，工作电压适中、电容量大、高放电功率、可快速充电且循环寿命长、稳定性高，自90年代被发现后，成为了引发了锂电池革命的新材料，是当前电池发展领域的前沿。

磷酸铁锂电极材料主要用于各种锂离子电池。

采用磷酸铁锂作为锂离子电池正极材料的电池被称为磷酸铁锂电池，由于磷酸铁锂电池的众多优点，被广泛使用于各个领域。

目前全球已经有很多厂家开始了工业化生产磷酸铁锂，国外加拿大Phostech Lithium公司、美国Valence（威能）公司和A123（高博），国内天津斯特兰，北大先行等。

世界各国正竞相实现产业化生产。

目前，国内的磷酸铁锂产业投资热正在兴起，其势头超过了其他任何国家。

1.2 磷酸铁锂性能特点锂离子电池的性能主要取决于正负极材料，磷酸铁锂作为锂电池正极材料其安全性能与循环寿命是其它材料所无法相比的，这些也正是动力电池最重要的技术指标。

1C充放循环寿命达2000次。

单节电池过充电压30V不燃烧，穿刺不爆炸。

磷酸铁锂正极材料做出大容量锂离子电池更易串联使用。

以满足电动车频繁充放电的需要。

具有无毒、无污染、安全性能好、原材料来源广泛、价格便宜，寿命长等优点，是新一代锂离子电池的理想正极材料。

磷酸铁锂优势性能主要有：1、比容量大，高效率输出，高能量密度。

磷酸铁锂标准放电为2～5C、连续高电流放电可达10C，瞬间脉冲放电（10S）可达20C；理论比容量为170mAh/g，产品实际比容量可超过140 mAh/g（0.2C，25℃）；2、结构稳定、安全性能好。

磷酸铁锂是目前最安全的锂离子电池正极材料；不含任何对人体有害的重金属元素；即使电池内部或外部受到伤害，电池不燃烧、不爆炸、安全性最好。

硅碳负极电芯

硅碳负极电芯一、硅碳负极电芯的简介硅碳负极电芯是一种新型的锂电池负极材料，它结合了硅和碳两种材料的优点，具有高能量密度、高循环寿命、低成本等特性。

硅碳负极电芯的工作原理是将锂离子通过电化学反应嵌入了硅碳复合材料中，从而储存和释放能量。

二、硅碳负极电芯的优点1.高能量密度：硅碳负极电芯的能量密度比传统的石墨负极材料更高，能够提供更长的续航里程。

2.高循环寿命：硅碳负极材料具有更高的锂离子嵌入和脱出能力，可承受更多的充放电循环次数，延长电池寿命。

3.低成本：硅碳负极材料的制造成本相对较低，有助于降低整个电池系统的成本。

4.快速充电：硅碳负极电芯允许更高的充电电流，能够实现更快的充电速度。

5.环境友好：硅碳负极电芯不含对环境有害的元素，符合绿色能源的发展趋势。

三、硅碳负极电芯的制造工艺硅碳负极电芯的制造工艺主要包括以下几个步骤：1.原材料准备：根据配方比例准备适量的硅、碳、粘结剂等原材料。

2.混合搅拌：将原材料放入混合搅拌机中，加入适量的溶剂，混合搅拌均匀。

3.制备电极：将混合物均匀涂布在导电基材上，经过干燥、碾压等工艺制成电极片。

4.组装电芯：将多片电极片组装进电池壳中，注入电解液，封装完成。

5.性能检测：对制作完成的硅碳负极电芯进行性能检测，如充放电测试、循环寿命测试等。

四、硅碳负极电芯的应用领域由于硅碳负极电芯具有高能量密度、长循环寿命等优点，因此广泛应用于以下领域：1.电动汽车：硅碳负极电芯能够提供更长的续航里程，满足电动汽车的行驶需求。

2.混合动力汽车：硅碳负极电芯能够辅助发动机工作，提高整车的燃油经济性。

3.可穿戴设备：硅碳负极电芯体积小、重量轻，适用于穿戴式设备等小型电子产品。

4.无人机：硅碳负极电芯的高能量密度和长循环寿命适用于无人机的动力系统。

5.储能系统：在家庭、工业和电力系统等领域，硅碳负极电芯可用于储能设备的制造。

五、硅碳负极电芯的发展趋势随着能源技术的不断发展和人们对环保要求的提高，硅碳负极电芯作为一种高性能的锂电池负极材料，未来的发展趋势主要包括以下几个方面：1.性能优化：通过改进制造工艺和配方，提高硅碳负极电芯的能量密度、循环寿命和安全性等性能指标。

LFP(磷酸铁锂)材料基本介绍

1%
1.6% 2.4%
长度：1700mm；厚度：0.025mm mm mm 835 0.010 mm mm
（1）正极浆料固含量53%，粘度3500mPa.s；（2）正极片涂覆参数：120g/m2（单面）；（3）正极片辊压参数：2.00g/ml（最大值2.4g/ml）；
Exp.久兆磷酸铁锂实际表现极片涂覆情况
锂电池比较
公司产品介绍
统计项目比表面积振实密度 D10 D50 D90 1C放电 1C放电效率北大020 18-22m2/g >1.2g/cm3 ≥0.5um 1.5~3.0um ≤10um 134mAh/g ≥75% 北大 300 18.48 1.32 1.28 2.37 6.69 143 90.6% P-1 18.97 1.23 1.11 1.78 2.83 135 90.8% 立凯 16.14 1.116 1.18 1.97 4.02 135 89.7% 卓能 18.87 1.1258 1.59 3.76 8.68 133.8 89.1% 久兆 12~16 ≥1.15 0.7~1.5 2.0~6.0 9.0~14 ＞ 130 ＞90%
久兆磷酸铁锂特点更强的性价比
-量产规模大，目前2000吨的年产能完全满足客户批量供应的需求，并且可以按照客户的要求实现定制生产；
-产品生产效率高，单位能耗低，与市场同类产品相比具有最高的性价比；
Exp.久兆磷酸铁锂实际表现三高与三低特点
高活性物质含量
更低的辅料用量
高的浆料固含量
更低的自放电率
快速充电
•快速充电 •快速放电
更大容量
•比铅酸更大容量
无记忆效应更环保更小更轻
•体积铅酸2/3 •重量铅酸1/3

锂离子电池介绍

钴酸锂钴酸锂(LiCoO2)是二次锂离子电池的正极材料之一。

二次锂离子电池因其具有工作电压高、重量轻、比能量大、自放电低、循环寿命长、无记忆效应等优点而作为电源有广泛应用。

该项目以纳米四氧化三钴和碳酸锂为原料，经过混料、焙烧、研磨、二段焙烧、粉碎分级制备锂离子电池正极材料钴酸锂。

工艺路线短，产品质量稳定，无环境污染。

制备的材料外形为片状颗粒，分散良好，具有良好的可供锂离子脱嵌的层状结构和良好的循环稳定性。

磷酸铁锂锂离子电池的性能主要取决于正负极材料。

磷酸铁锂作为锂电池材料是近几年才出现的事，国内开发出大容量磷酸铁锂电池是2005年7月。

其安全性能与循环寿命是其它材料所无法相比的，这些也正是动力电池最重要的技术指标。

1C充放循环寿命达2000次。

单节电池过充电压30V不燃烧，穿刺不爆炸。

磷酸铁锂正极材料做出大容量锂离子电池更易串联使用。

以满足电动车频繁充放电的需要。

具有无毒、无污染、安全性能好、原材料来源广泛、价格便宜，寿命长等优点，是新一代锂离子电池的理想正极材料，国内市场年需求12000吨以上。

锂离子电池简介锂离子电池(Li-ion Batteries)是锂电池发展而来。

所以在介绍Li-ion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.这种电池也可能充电,但循环性能不好,在充放电循环过程中,容易形成锂枝晶,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。

后来，日本索尼公司发明了以炭材料为负极，以含锂的化合物作正极，在充放电过程中，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。

当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经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。

同样，当对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。

锂电正极材料的46种包覆元素

标题：锂电正极材料的46种包覆元素摘要：锂电池作为当前最常用的电池之一，在电子产品、电动车、储能系统等领域得到了广泛应用。

而作为锂电池的关键组成部分之一，正极材料的稳定性和性能对电池的整体性能有着重要影响。

在正极材料中，包覆元素的选择对于材料的电化学性能具有重要影响。

本文将介绍锂电正极材料的46种包覆元素，探讨它们在提高正极材料性能方面的作用和研究进展。

正文：1. 简介随着新能源产业的快速发展，锂电池作为一种高能量密度、长寿命、环保的能源存储方式，得到了广泛应用。

而锂电池的正极材料作为锂离子的储存和释放的重要组成部分，其性能直接影响着电池的性能和使用寿命。

包覆元素在锂电正极材料中起着非常重要的作用，它可以保护正极材料、提高电池的循环寿命和安全性，同时还可以改善正极材料的导电性能和锂离子传输速率。

本文将着重介绍当前研究中涉及的46种包覆元素，探讨它们在锂电正极材料中的应用情况和研究进展。

2. 金属氧化物包覆元素金属氧化物是目前应用较为广泛的正极材料包覆元素之一，它们具有一定的导电性能和稳定性，可以有效保护正极材料。

常见的金属氧化物包覆元素包括氧化铁、氧化钛、氧化铝等。

研究表明，这些金属氧化物包覆元素可以有效提高正极材料的循环寿命和安全性，同时还可以改善正极材料的电化学性能和循环稳定性。

3. 石墨类包覆元素石墨类材料在包覆正极材料中也得到了一定的应用。

石墨类包覆元素具有良好的导电性能和化学稳定性，可以有效提高正极材料的电化学性能和储锂性能。

其中，石墨烯因其独特的结构和性能，在锂电正极材料的包覆中表现出了很高的应用潜力。

4. 碳类包覆元素碳材料由于其丰富的资源、良好的导电性能和化学稳定性，在包覆正极材料中也得到了广泛应用。

研究表明，碳类包覆元素可以有效提高正极材料的循环寿命和储锂性能，同时还可以改善正极材料的导电性能和离子传输速率。

5. 硅类包覆元素硅材料是一种具有很高储锂容量的材料，但其体积膨胀率较大，容易导致电极材料的破损和失活。

三元锂电池简介介绍

先进材料
其高能量密度主要得益于采用了高性能的正极材料，如镍钴锰酸锂（NCM）或镍钴铝酸锂（NCA）。这些材料具有高电化学势和容量，从而实现了电池的高能量密度。
充电效率高
快速充电
三元锂电池支持快速充电技术，可以在较短的时间内充入大量电能，提高充电效率。这对于电动汽车等需要迅速补充电能的应用场景尤为重要。
构成
三元锂电池主要由正极、负极、电解液、隔膜等构成。正极材料为三元复合材料，负极材料通常为石墨或硅碳复合材料，电解液是有机溶剂和锂盐的混合物，隔膜则用于隔离正负极，防止短路。
三元锂电池的工作原理
充电过程
在充电过程中，正极材料中的锂离子通过电解液和隔膜迁移到负极材料中，同时正极材料中的电子通过外电路传递到负极，形成电流。
因此应单独存放。
应急处理措施
立即撤离现场
一旦发现三元锂电池冒烟、起火或爆炸，应立即撤离现场，并拨
打火警电话。
使用灭火器灭火
在火势较小的情况下，可使用干粉灭火器进行灭火，但不要用水灭火，以免加重火势。
不要徒手触碰
在处理起火或损坏的三元锂电池时，不要徒手触碰，以免烧伤或中毒。应佩戴防护手套和口罩等个人防护装备。
负极材料的制备
要点一
材料选择
三元锂电池的负极材料通常采用石墨、碳纤维、硅基材料等。这些材料具有较低的电位平台和较高的锂离子嵌入/脱出能力。
要点二
合成方法
负极材料的制备可采用化学气相沉积、物理气相沉积、电化学沉积等方法。其中，化学气相沉积法是一种常用方法，通过控制气相反应条件，在基体上沉积形成负极材料。
THANKS
感谢
材料选择
三元锂电池的正极材料通常采用镍、钴、锰（NCM）或镍、钴、铝（NCA）等金属氧化物的混合物。这些材料具有高能量密度和良好的电化学性能。

终锂离子电池材料

Introduction锂离子电池（LIB）是20世纪70年代发展起来的一种集高能量密度、高输出电位、无污染、寿命长等优点于一身的新型储能电池。

至20世纪90年代商业化后已经被广泛地应用到了笔记本电脑、手机、数码相机、摄像机以及航天等众多领域。

锂离子电池主要是由膈膜、电解质、正极材料和负极材料四个部分组成。

表 1 锂离子电池常用材料电池构件材料正极活性物质LiCoO2，LiNiO2，LiMnO2负极活性物质炭材料电解质溶剂碳酸乙烯脂(EC)；碳酸丙烯脂(PC)二甲基碳酸脂(DMC)；二乙基碳酸脂(DEC)隔膜聚丙烯微孔膜其中电极材料是决定锂离子电池性能的优劣的关键因素，锂离子电池的正极、负极材料是锂离子电池研发中的重点和热点。

1 锂离子电池负极材料目前如何提高负极材料的嵌锂容量及其充放电速度是锂离子电池领域的热点，理想的锂离子电池负极材料应具有如下特点[1-3]：(1)在电极材料的内部和表面，锂离子具有较大的扩散速率，以确保电极过程的动力学因素，从而使电池能以较高倍率充放电，满足动力型电源的需要为；(2)为保证电池具有较高的能量密度和较小的容量损失，要求有较高的电化学容量和较高的充放电效率；(3)具有较高的结构稳定性、化学稳定性和热稳定性，同时与电解液和粘合剂的兼容性好，比表面积小于10 m2/g，真密度大于2.0 g/cm3；(4)保证电池具有较高且平稳的输出电压，在锂离子嵌-脱锂反应过程中自由能变化小，电极电位低，并接近金属锂；(5)有良好的电导率；(6)电极的成型性能好；(7)资源丰富，价格低廉，在空气中稳定，无毒。

目前锂离子电池中的负极材料主要有以下几种：炭质负极材料（包括石墨、硬炭和软炭），非碳负极材料（包括硅基负极材料、锡基负极材料和过渡金属氧化物负极材料）。

1.1碳材料由于碳材料具有原料较丰富、成本低廉、良好的电化学性能等优势，所以成为了开发最早应用最多的锂电池负极材料。

目前研究较多的有天然石墨、中间相炭微球、焦炭、碳纤维等[4-5]。

磷酸铁锂

磷酸铁锂资料，有兴趣看一下。

磷酸铁锂功能用途磷酸铁锂电极材料主要用于各种锂离子电池.磷酸铁锂性能1.高能量密度，其理论比容量为170mAh/g，产品实际比容量可超过140 mAh/g（0.2C, 25°C）;2.安全性，是目前最安全的锂离子电池正极材料；不含任何对人体有害的重金属元素；3.寿命长。

在100%DOD条件下，可以充放电2000次以上； (原因：磷酸铁锂晶格稳定性好，锂离子的嵌入和脱出对晶格的影响不大，故而具有良好的可逆性。

存在的不足是电子离子传到率差，不适宜大电流的充放电，在应用方面受阻。

解决方法：在电极表面包覆导电材料、掺杂进行电极改性。

)4.记忆效应；5.充电性能，磷酸铁锂正极材料的锂电池，可以使用大倍率充电，最快可在1小时内将电池充满。

国内国际磷酸铁锂材料生产商：国内：天津斯特兰北大先行湖南瑞翔苏州恒正其中天津斯特兰现在材料稳定批量产业化生产北大先行小批量生产国际：加拿大Phostech、美国Valence、美国A123、日本sony. 其中A123规模最大且得到美国的大力资助。

新颖性及特点磷酸铁锂是一种新型锂离子电池电极材料。

目前全球已经有很多厂家开始了工业化生产，国外美国Valence（威能）公司和A123（高博），国内天津斯特兰，北大先行等。

其特点是放电容量大，价格低廉，无毒性，不造成环境污染。

世界各国正竞相实现产业化生产。

但是其振实密度低，影响电容量。

目前主要的生产方法为活法，产品指标不稳定。

磷酸铁锂的比表面积也是相当重要的，磷酸铁锂比表面积研究和相关数据报告中，只有采用BET方法检测出来的结果才是真实可靠的，因为国内外制定出来的比表面积测定标准都是以BET测试方法为基础的。

(GB.T 19587-2004)-气体吸附BET原理测定固态物质比表面积的方法。

比表面积测定分析有专用的比表面积测试仪，国内比较成熟的是动态氮吸附法，现有国产仪器中大多数还只能进行直接对比法的，F-Sorb 2400比表面积测试仪是真正能够实现BET法检测功能的仪器（兼备直接对比法），更重要的F-Sorb 2400比表面积测试仪是迄今为止国内唯一完全自动化智能化的比表面积检测设备，其测试结果与国际一致性很高，稳定性也很好，同时减少人为误差，提高测试结果精确性。

锂电池正极材料锰酸锂存在问题和解决途径

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制备工艺优化
通过优化复合材料的制备工艺，控制组分分布和相界面结构，提高复合正极材料的电化学性能和稳定性。
04
锰酸锂正极材料的未来展望
新型锰酸锂正极材料的研发
总结词
随着科技的不断进步，新型锰酸锂正极材料的研发已成为行业关注的焦点，旨在解决现有锰酸锂材料存在的问题，提高锂电池的性能和稳定性。
详细描述
成本低廉
锰酸锂原料丰富，价格相对较低，降低了电池成本。
锰酸锂的应用领域
电动汽车
电动工具和电动自行车
锰酸锂作为正极材料广泛应用于电动汽车领域，如混合动力汽车和纯电动汽车。
锰酸锂在电动工具和电动自行车领域也有广泛应用，提供稳定可靠的电源。
储能系统
由于其高能量密度和安全性能，锰酸锂也被用于储能系统，如家庭储能和电网级储能。
VS
详细描述
通过将锰酸锂与三元材料、富锂材料、硅基负极材料等进行复合，可以改善锰酸锂的容量、倍率性能和循环寿命。这种复合正极材料能够更好地满足电动汽车、储能系统等领域的性能需求。
锰酸锂在新能源领域的应用前景
要点一
总结词
要点二
详细描述
随着新能源领域的快速发展，锰酸锂正极材料在动力电池、储能电池等领域的应用前景广阔，成为推动新能源产业发展的重要力量。
高温性能问题
总结词
锰酸锂正极材料在高温环境下性能较差，容量衰减和结构变化等问题更加明显。
详细描述
锰酸锂正极材料在高温环境下容易发生分解和结构变化，导致电池性能下降。此外，高温环境下锰酸锂正极材料的锂离子嵌入脱出速度也会变慢，影响电池的充放电性能。

三元锂电池简介演示

市场前景分析
快速增长
随着电动汽车市场的迅速崛起及可再生能源领域的蓬勃发展，三元锂电池市场需求将持续快速增长。
技术创新
未来，随着技术的不断创新与进步，三元锂电池的能量密度将进一步提高，成本将持续降低，应用领域将更加广泛。
05
CATALOGUE
三元锂电池的安全与环保问题
三元锂电池的安全问题
热失控风险
需要控制涂布厚度和均匀性。
电池组装工艺
01
02
03
电极片堆叠
将正、负极电极片与隔膜按照一定顺序堆叠在一起，形成电池的基本结构。
电解液注入
将电解液注入电池内部，确保电解液充分浸润电极片和隔膜，保证电池的正常工作。
电池密封
通过激光焊接等技术对电池进行密封，确保电池内部环境的稳定性和安全性。
电池化成与分容工艺
电池化成
对新组装的电池进行充放电激活处理，使电池内部化学反应充分进行，提高电池的性能和稳定性。
电池分容
通过充放电测试，将电池容量、电压等参数进行分类和匹配，确保电池组的一致性和性能。同时，对不良电池进行筛选和淘汰，保证电池组的安全和可靠性。
04
CATALOGUE
三元锂电池的应用与市场前景
储能市场的崛起
储能技术对于可再生能源的利用和电网稳定具有重要意义，三元锂电池在储能领域具有广阔的应用前景。
全球产业链的布局与优化
三元锂电池产业将形成全球性的产业链布局，各国企业将在技术创新、市场拓展等方面展开合作与竞争，推动产业的持续E
三元锂电池的生产工艺
电极制备工艺
电极材料选择
三元锂电池的电极通常由镍、钴、锰三种金属元素的氧化物组成。选择高质量的原材料，能够提

锂电池原料类型

锂电池原料类型
1、锂电池采用以下几种原料：
（1）锂金属：锂金属是锂电池的主要原料，用于构建电池正极电极，具有高倍率发电性能和良好的循环寿命。

（2）碳材料：碳材料可以作为锂电池的负极电极，具有较高的电容量，可以有效延长电池的循环寿命，但具有较低的负极反应活性。

（3）固体电解质：固体电解质是电解液的主要成分，可以实现锂电池的电化学反应，它由一系列的有机物和无机物组成，具有很高的溶解度，控制电解液密度和离子迁移率。

（4）电解液：电解液是固体电解质溶于溶剂中形成的液体，吸收和传递电池中的离子，它的组成可以是有机溶剂、无机溶剂和水溶液等。

（5）金属罐体：金属罐体用于制作锂电池的外壳，能够有效防止外界空气，水汽和其他物质进入电解质从而确保电池的安全使用。

（6）充放电保护电路：充放电保护电路可以有效防止电池过充、过放电从而实现电池的安全使用和延长寿命。

- 1 -。

锂电池基础知识及正极材料简介

➢ 正极材料-LiFePO4
LiFePO4在1997年由Goodenough 首次报道可以作为锂离子电池正极材料。
LiFePO4为橄榄石型结构，为正交晶系，属Pmnb空间群，Fe与Li形成FeO6和 LiO6八面体，P形成PO4四面体。与c轴平行的Li+的为连续直线链，可以沿着c轴形成二维扩散运动，自由地脱出或嵌入。理论容量为170 mAh/g。具有价格低廉、电化学性能好、对环境友好无污染等优点。
（2）一致性差，由于碳包覆对磷酸铁锂性能影响非常敏感，造成磷酸铁锂产品的一致性较差。此外由于目前磷酸铁锂生产标准不统一（如原料就有：草酸亚铁、磷酸铁、铁红）也造成产品一致性差。
（3）电压平台低，容量一般，压实密度低，因而能量密度低。
（4）倍率性能较低，低温性能差。
3 磷酸铁锂正极材料的制备及改性方法
磷酸铁锂生产工艺主要有水热法和固相法两种，其中水热法目前只有原加拿大PHOSTECH等极少数企业生产，成本高昂，目前PHOSTECH由于拥有专利可以有少量产品销售，中国市场几乎全部采用高温固相法。固相法生产磷酸铁锂按铁原料不同划分为：草酸亚铁工艺、铁红工艺、磷酸铁工艺。
其中中国市场主要是草酸亚铁工艺和磷酸铁工艺为主。草酸亚铁工、艺、由于收率低、产能小、前工序混料消耗大量酒精，成本也居高不下。磷酸铁工艺尽管原料成本较高，但收率大、产能大，产品性能好，且前工序混料可以采用水球磨和砂磨，采用喷雾干燥，成本与草酸亚铁工艺相当，因而未来主流工艺可能趋向磷酸铁工艺。
锂离子电池
六要素
隔膜
包装膜
电极端子
Ni(Cu)、Al, 电子通道, 连接外电路
软包装, 硬壳, 提供良好的电
化学环境
LMnO2/LiMn2O4

锂离子电池电极材料综述(精)

锂离子电池电极材料综述一、引言从上世世纪70年代起锂离子电池的研究至第一个可充式锂-二硫化钼电池于1979年研究成功，再到1991年SONY公司首次推出商品化锂离子电池产品算起，锂离子电池的发展至今已有30多年的时间。

锂离子电池是以Li+嵌入化合物为正负极的二次电池，实际上是一个锂离子浓差电池，正负极由两种不同的锂离子嵌入化合物组成。

与其它蓄电池相比，锂离子电池具有开路电压高、循环寿命长、能量密度高、安全性能高、自放电率低、无记忆效应、对环境友好等优点。

目前，锂离子电池已经被广泛应用于移动通讯、便携式笔记本电脑、摄像机、便携式仪器仪表等领域。

随着这些电器的高能化，轻量化，对锂离子电池的需求也越来越迫切。

同时被看作是未来电动汽车动力电源的重要候选者之一，并在空间技术、国防工业等大功率电源方面展示出广阔的应用前景二、工作原理锂离子电池通常正极采用锂化合物，负极采用锂－碳层间化合物。

电介质为锂盐的有机电解液。

充电时，Li+从正极脱嵌经过电解质嵌入负极，正极处于贫锂态，同时电子的补偿从外电路供给到碳负极，保证负极的电荷平衡。

放电时， Li+从负极脱嵌经过电解质嵌入正极，正极处于富锂态。

在正常充放电过程中， Li+在层状结构的碳材料和层状结构的金属氧化物的层间嵌入和脱出，一般只引起层面间距变化，不破坏晶体结构。

三、电极材料（1）电极材料的性能要求简单来说，电池主要包括正极、负极、电解质与隔膜四个部分。

正极材料通常是一种嵌入化合物，在外电场作用下化合物中的锂可逆的嵌入和嵌出；负极材料一般是层状结构的碳材料。

锂离子电池正极材料在改善电池容量方而起着非常重要的作用。

理想的正极材料应具备以下品质：点位高、比能量大、电池充放电速率快、充放电循环寿命长、密度（包括重量能量密度和体积能量密度）大、导电率高、无环境污染、成本低、易制成电极和低温性能好等。

选取负极材料的依据是锂在其中可逆容量、反应电位、扩散速率等。

理想的负极材料应具有电位低、比能量大、电池充放电速率快、充放电循环寿命长、密度（包括重量能量密度和体积能量密度）大、导电率高和低温性能好等优良品质。

锂离子电池的工作原理和常用的正负极材料及特点

锂离子电池的工作原理和常用的正负极材料及特点1109402006 顾轶男伴随着多媒体时代的发展，笔记本电脑、手机、数码相机等便携电子产品的普及，锂离子电池的市场需求量越来越大。

锂离子电池在20世纪90年代被日本索尼公司首次实现商业化生产，它是在锂电池的基础上被研究发展起来的。

锂电池的负极材料是锂金属，正极是碳。

而锂离子电池的工作原理和正负极材料却与之不同。

下面具体来介绍一下锂离子电池的工作原理和常用的正负极材料及特点。

1 锂离子电池的工作原理当对电池进行充电时，正极中的锂原子电离成Li+和电子，得到外部输入能量的Li+经过电解液运动到负极，并且Li+和电子在负极上复合成锂原子，重新形成的锂原子嵌入到具有很多微孔的碳层负极。

嵌入的锂离子越多，充电容量越高。

锂离子电池放电时，嵌在碳层的锂原子向负极表面移动，并在负极表面电离成Li+和电子，Li+和电子通过电解质和负载流向正极，在正极表面复合成锂原子并嵌入正极晶状层中。

回到正极的锂离子越多，放电容量越大。

在该电池中，锂永远以离子的形式出现，不会以金属的形态出现，所以这种电池叫做锂离子电池[1]。

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，所以锂离子电池又被称作“摇椅式电池”。

实用化的锂离子电池一般包括：正极、负极、电解质、隔膜、正极引线、负极引线、中心端子、绝缘材料、安全阀、PTC(正温度控制端子)、电池壳等。

其中，正、负极材料和电解质的物理化学性能直接决定了锂离子电池的整体性能水平[2]。

2 常用的正极材料选择正极活性物质需要注意两点：（1）对于锂离子反复嵌入和脱嵌要有结构的稳定性，即单体晶胞系数只发生很小的变化，确保良好的可逆性；（2）比能量高，循环性能好，易制备，成本低[3]。

目前常见的锂离子正极材料有LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4等；2.1 LiCoO2最早运用于商品化的锂离子电池中的正极材料便是LiCoO2，LiCoO2是层状岩盐结构，很适合锂离子在其中的脱嵌。

锂离子电池正极材料的选择

缺点
价格昂贵；抗过充电性能差；循环寿命较低；有污染性。充放电过程中结构会逐渐改变，导致容量衰减，寿命降低；较高工作温度下会溶解。
三元材料磷酸铁锂
电化学性能稳定；
价格随钴的价格上下浮动大；
放电电压范围宽；
有污染性；
比能量高；循环性能好。
制作用金属材料钴稀缺。
最环保，铁资源丰富；
本征电导率低，低温性能差；
(2)动力电源随着世界能源紧张、传统能源（油、煤）使用所造成的环境污染
加重，而急需“环保型能源”代替；于是，太阳能、风能、潮汐能的开发相继问世，这些清洁能源有一个共同特点，即为其动力来源在时间上不连续，因而必须在其高峰期将所产生的电能储存下来，以便低峰时使用。因此大容量的二次电池便成为清洁能源的重要组件；大容量的二次电池也成为电动汽车的理想动力源，并且在航空、航天、航海中有广泛的用处。
与钴酸锂正极材料比较，具有价格优势，同时在循环稳定性、热稳定性和安全性能上有所改善，具有广阔的市场前景。但该种材料的原料之一——钴的价格波动大，对钴酸锂的价格影响较大。钴处于价格高位时，三元材料价格较钴酸锂低，具有较强的市场竞争力；但钴处于价格低位时，三元材料相较于钴酸锂的优势就大大减小。随着性能更加优异的磷酸铁锂的技术开发，三元材料也被认为是磷酸铁锂大规模生产前的过渡材料。 3、尖晶石锰酸锂LiMn2O4
图1 锂离子电池工作原理
为了满足便携电子设备小型化、轻量化发展需求，锂离子电池自大规模商用化以来，凭借其放电电压高、能量密度高和循环寿命长等优势，近年来逐渐取代了铅酸、镍镉、镍氢等传统二次电池，担负着电子设备用小型二次电池的主要角色。随着市场的多元化，使其市场容纳量越来越扩大，而且期待其大规模应用于电动汽车、储能电站等用途方面，其应用领域主要有以下三个方面：

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锂离子电池及其正负极材料简介
王志杰何钦业吴佳静丁辉杨兵兵报告人：王志杰 2015.4.22
目录
1. 锂离子电池简介 2. 锂离子电池正极材料简介
3. 锂离子电池负极材料简介
4. 总结与展望
1 锂离子电池简介
锂离子电池的构成：
正极材料：主要是锂的化合物（比如
钴酸锂，磷酸铁锂等），图中的正极（阴极）材料是锂锰氧化物。是碳基材料。
负极材料：图中负极（阳极）材料是
电解液：一锂盐有机溶液等。
其他的部分还包括电池盖，电池壳，隔膜等。
锂离子电池的工作原理：
锂离子电池的特点：
工作电压高比容量大循环寿命长，安全性好充放电速度快自放电率小、环境友好
锂离子电池性能评价指标：
容量、能量密度循环性能快速充放电性能成本、环保性
Nat. Commun., 2014, 5, 3415
Wang et al 发现碳包覆过程会在碳和LiFePO4之
间形成一种导电性更差的Fe2P2O7新相，但是如
果将LiFePO4制成纳米尺寸，就不会出现这种导电性更差的新相，这是由于碳更容易在纳米尺寸的LiFePO4表面沉淀析出，迅速形成一层保护膜，
Energy Environ. Sci., 2013, 6, 1521–1528
防止高温下Li的流失
二维结构正极材料
锂原子和金属原子交替占据立方密堆积中的八面体位置，通过它们的相互层叠堆积,就形成
了金属原子与氧以杂化轨道或
共价键结合成较密的层状结构
LiCoO2结构
LiCoO2 单元过渡金属层状材料
Nano Lett. 2014, 14, 3550−3555
将不具有电化学活性的Ti4+掺入到尖晶石LiMn2O4表面形成
一层阳离子掺杂的LiMn2-xTixO4表面层，该表面层能够稳定
LiMn2O4晶体结构，同时其具有电化学活性因而能够维持材料表面离子和电荷传输孔道
Nature Communications 5,5693
Co略贵、充电过度容量衰减严重
LiNiO2
LiMnO2
稳定性更差、结构更无序
结构稳定性差
充放电过程示意图
层状结构的层与层之间的作用力为范德华力,Li+ 可以在层间进行脱嵌
三元过渡金属层状材料
LiCoxNiyMn1-x-yO2
比容量、稳定性提高
Li1.2Mn0.6Ni0.2O2纳米盘的侧面为 {101}面，通过使之定向排列成多
3 锂离子电池负极材料简介
锂离子电池负极材料主要是作为储锂的主体，在充放电的过程中实现锂离子的插入和脱嵌。选择负极材料时应遵循以下几点：嵌锂的氧化还原电位低锂离子脱嵌中结构的稳定性好首次不可逆容量小，容量高电子、离子导电性好，绿色环保。
①碳基负极材料
①合金材料
负极材料
②非碳基负极材料
②过渡金属氧化物 ③金属硫化物/氮化物
关于金属氮化物的研究相对较少，但由于它的层状结构同样可以支持锂离子传输，也是一种有潜在应用前景的负极材料。 Ni3N容量随循环次数的变化示意图 J. Mater. Chem., 2011,21, 9997-10002
4 总结与展望
锂离子电池商业化以来在生活起着重要的作用，目前仍然存在着巨大的挑战与问题。正负极材料作为锂电池的核心因素，基本决定了锂电池的性能与成本。
为了解决电极材料目前存在的诸多问题，寻找合适的材料、设计合适的结构成为主要的研究方向。
THANK YOU!
一维隧道结构
橄榄石型
LiMPO4 (M = Fe, Co, Ni, Mn 等 ) LiFe1/2Mn1/2PO4
J. Mater. Chem. A, 2013, 1, 7306–7311
LiFePO4的导电性较差，可以通过
碳包覆得以改善，常见的有碳纳米
管（CNT）和石墨烯（Graphene）包覆修饰
2 锂离子电池正极材料简介
正极材料需要提供大量自由脱嵌的锂离子,对于提高锂离子电池的工作电压、比能量、循环寿命等电化学性能至关重要典型的正极材料结构：一维隧道结构 (如 L iFe PO4 ) 二维层状结构 (如 LiCoO2、Li1 + x V3O8、L i2 FeSiO4 ) 三维框架结构 (如 LiMn2O4、Li3V2 (PO4 ) 3 ）
一维结构正极材料
在 FeO6 层之间 ,相邻的 LiO6 八面体通过 b轴方向上的两个氧原子连接 ,形成与 c轴平行的 Li+的连续直线链在充放电过程中，该结构只是晶胞参数 a、 b减小了 , c略有增加 , 这种变化可以保障 Li+的可逆脱嵌 ,减小由于结构变化过大甚至结构崩塌造成的容量损失 PO34- 的稳定作用 ,不仅能防止橄榄石结构转化为尖晶石结构 ,还可以稳定八面体位置的氧化还原电对
碳基负极材料
石墨和碳微球是传统的锂离子电池负极碳材料，被人们最早研究并且商品化。新型碳材料，如碳纳米管(CNT)、石墨烯，由于具有特殊的一维和二维柔性结构、优良的导热性和导电特性，因此在锂离子电池应用中具有巨大的潜力。碳纳米管石墨碳微球
单层或多层纳米级管状材料，主要由 C-C 共价键结合而成的碳六边形组成。
正极材料中的构效关系
结构
一维隧道二维层状三维框架过渡金属易发生价态变化且晶体结构稳定
功能
形成Li+快速有效的嵌入和脱出的通道利于Li+嵌入和脱出，且保持电极结构稳定
制备成纳米材料或多孔材料、包覆碳材料
元素掺杂取代结构中的一些金属离子
提高 Li+和电子的传导性扩展Li+脱嵌通道和稳定骨架结构
复合壳层Co3O4的示意图 Angew. Chem. Int. Ed. ,2013, 52, 6417 –6420
非碳基负极材料：金属硫化物/氮化物
研究较多的的硫化物负极材料有TiS2 和 SnS 等，主要是出于硫化物较好的储锂性。一个TiS2 分子可以储存4 个锂离子，其理论放电比容量可达950mAh/g，约为石墨的3 倍。核壳结构SnS示意图 small ,2014, 10(3), 474–478
Energy & Environ. Sci., 2009,2, 638-654 由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料。层边缘和缺陷为锂离子提供了足够的存储空间
石墨烯
ACS Nano, 2011, 5 (7), 5463–5471
非碳基负极材料：合金材料
合金材料是负极材料中的一大类材料，能在嵌锂过程中与锂离子形成合金相物质，常见的有Si、Sn、Sb、Al 、Mg、Bi。合金材料有两大显著优势，一是它具有高于传统石墨材料2-10 倍的理论比容量。二是合金类材料具有适宜的对锂反应电位，这样既能避免因对锂电位过低而发生锂沉积导致的安全隐患（如石墨），又能阻止电池组装中能量的过分耗损。
Nano Lett. 2015, 15, 2111−21190
三维结构正极材料
尖晶石结构
三方晶系结构
NASICO结构 NASICON
单斜晶系及三方晶系 (Li3V2(PO4)3)
LiMn2O4
电容量衰减严重单斜系电化学性能优于三方系
在层状的富Li阳极材料的表面包覆一层超薄的Li1+xMn2O4尖晶石层，尖晶石薄层能够维持块材在高工作电压条件下的稳定性，更重要的是这种富Li的导电层能够在电解液和层状块体之间快速地传输Li+，起到Li+泵的作用
级的准球形结构便能够使此具有电
化学活性的面大面积暴露出来，从而结合了多级结构以及电化学活性平面两种特点，使得Li+电池中的离
子和电子传输更为快速
Adv. Mater. 2014, 26, 6756–6760
使用含有Li与Co乙酸盐的乙醇混合溶液处理LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2电极材料的表面使得材料在极端条件下(如截止电压 >4.4 V，高温 >50 °C)的结构和热稳定性得到提高
锂离子在硅纳米管中的传输示意图 Nano Lett. ,2009,9(11), 3844-3847
碳包覆硅材料做锂电池负极
Nature Nanotechnology 9, 187–192 (2014)
非碳基负极材料：过渡金属氧化物
过渡金属氧化物也是一类比较广泛的锂离子电池负极材料，主要是由过渡金属元素 Ni，Co，Mn，Fe，Ti 等组成的氧化物，比如NiO，MnO2，Co3O4， Fe3O4，该类材料应变性小，可逆循环性好，电位可优化，理论比容量也高于石墨的2 倍。