锂离子电池电极材料材料

目前锂离子电池采用的液态电解液易 出现漏液腐蚀电极，甚至氧化燃烧等安全 问题。固体电解质特别是晶体电解质的稀 土掺杂取得了不少成果。例如将Y2O3加入 到LiTi(PO4)3中加速第二相Li4P2O7的烧结 过程，从而提高了电导率。
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6.新型锂离子电池正极材 料 ——Li3V2(PO4)3
Li3V2(PO4)3主要有两种 晶态物相：一种是热力 学性质非常稳定的单斜 相，有3个锂离子晶体学 位置，每单元的3个锂离 子都可以可逆地脱嵌； 另一种是正交相，只有1 个锂离子晶体学位置， 单斜Li3V2(PO4)3的结构示意图 电化学性能比单斜相的 差，不宜作为正极材料。
锂离子电极材料未来的研究方向， 主要集中于稀土掺杂在电极材料及电解 质溶液中的应用和新型电极材料的开发。
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稀土就是化学元素周期表 中镧系元素——镧(La)、 铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、 钷(Pm)、钐(Sm)、铕 (Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、 镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、 铥(Tm)、镱(Yb)、镥 (Lu)，以及与镧系的15 个元素密切相关的两个 元素钪(Sc)和钇(Y)共17 种元素 。
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5.锂离子电池负极材料Li4Ti5O12
采用P123作为结构导向剂，利用溶 胶-凝胶法制备纳米TiO2作为合成负极材 料的原料，然后采用湿法球磨辅助的固 相反应合成法，以丙酮作为球磨介质， 制备出Li4Ti5O12。所制备的负极材料容量 高、循环性能好。
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Ⅲ常用的正极材料制备方法
目前除用传统固相法制备LiNixCo1-xO (0<x<1)粉体外，还采用水热法、共沉 淀法、溶胶-凝胶法等软化学法。
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此方法优点是工艺流程简单，原料易得，属于锂 离子电池发展初期被广泛研究开发生产的方法；缺点 是所制得正极材料电容量有限，原料混合均匀性差， 制备材料的性能稳定性不好 。
固相法生产工艺
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2.共沉淀法：
共沉淀法通常是在溶液状态下将 不同化学成分的物质混合，在混 合液中加入适当的沉淀剂制备前 驱体沉淀物，再将沉淀物进行干 燥或锻烧，从而制得相应的粉体 颗粒。如用沉淀剂NaOH加入到 LiOH· 2O和Ni1-xCox(OH)2系统中 H 制备LiNixCo1-xO2。其优点是通过 溶液中的各种化学反应直接得到 化学成分均一的纳米粉体材料。
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1.稀土掺杂在锂钴氧化物正极 材料中的应用
在LiCoO2的基础上，采用共沉淀法掺杂 稀土La、Ce、Lu、Y等，合成了LiRExCo1-xO2。 其首次放电容量达147.4mAh/g，循环稳定性 有所提高。实验发现掺杂稀土后的LiCoO2的 初始充放电容量均有提高。但随着掺杂量的 增加，初次充放电容量反而减少，这有待于 进一步研究。
利用共沉淀法得 到的粉体
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3.水热法
水热法是通过在密封的压力容器中，以 水为溶剂，在高温高压的条件下进行化 学反应 ，并生成目标化合物的制备方法。 例如，用MnO2和LiOH在170 ℃，24天水 热合成LiMnO4。水热法合成具有物相均 一、粉体粒径小和过程简单等优点，但 要扩大制备量却要受到诸多限制，特别 是大型耐高温高压反应器设计制造难度 大，造价也高。
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2.稀土掺杂在锂镍氧化物正极 材料中的应用
通过掺杂金属Ce对LiNiO2正极材料 进行改性，实验发现其电容量、工作电 压接近于LiCoO2，不存在过充放电的限 制，具有较好的高温稳定性，是一种非 常好的正极材料。
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3.稀土掺杂在锂锰氧化物正极 材料中的应用
通过掺杂不同含量的Nd、Ce，制备 LiMn2-xRExO4锂离子电池正极材料。实验 表明，掺杂Nd、Ce后LiMn2O4更适合于锂 离子的嵌入和脱出，电池循环型提高， 但充放电容量随掺杂量的增加而下降。
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4.Sol-Gel法（溶胶-凝胶法）
溶胶-凝胶法是一种胶体化学的制备方法， 首先制备各组分的溶液，经过成胶、凝胶 化等工艺制得凝胶后，再经烘干、煅烧即 可获得所需粉体。该方法前驱体溶液化学 均匀性好、凝胶热处理温度低、粉粒粒径 小且分布窄、反应过程易于控制，但干燥 收缩大、合成周期长。
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Ⅶ锂离子电极材料未来的研究方向
锂离子电池材料
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内容摘要
（一）锂离子电池材料 的研究价值 （二）几种锂离子电池 材料的结构性质 （三）常用的正极材料 制备方法 （四）锂离子电极材料 未来的研究方向 （五）总结
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Ⅰ锂离子电池材料的研究价值
锂离子电池一起比容量高、循环寿 命长、自放电小、性价比高等优点，已 经成为当今便携式电子产品的可再充式 电源的首选。在锂离子电池的发展过程 中，电极材料可能成为制约其大规模推 广应用的瓶颈，因而制得性能优越、价 格便宜的电极材料是锂离子电池商业化 进程中的关键性因素。
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1.固相反应法：
固相法一般选用碳酸锂等锂盐和钴化 合物或镍化合物研磨混合后，进行烧结反 应。例如采用LiCO3+CoCO3或LiCO3 + Co3O4在800℃~900℃高温合成LiCo2粉体； LiOH· 2O+Ni(NO3)2， LiOH· 2O+ H H Ni(OH)2，LiNO3+NiCO3固相合成LiNiO2； LiCO3+NiCO3+CoCO3或LiCO3+ NiO+ Co3O4等固相合成LiNixCo1-xO2 以及用 LiOH+MnCO3合成LiMn2O4。
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4.稀土掺杂在锂离子电池负极 材料中的应用
制备掺杂镧的聚苯乙烯阳离子交换 树脂，对其进行碳化处理，用作电池负 极材料。分析其电化学行为发现，掺杂 镧的树脂碳化样品做成的电极材料充放 电容量平均提高了30mAh/g，而充放电 容量衰减速度与未掺杂的基本一致。
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5.稀土掺杂在锂离子电池电解 质中的应用
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4.锂镍氧化物（LiNiO2）系统
LiNiO2具有类似LiCoO2的层状结构，是目 前研究的各种正极材料中容量最高的系 统，此外还具有多次循环的能量损耗小、 价格便宜、原料适应性广和对环境污染 小等特点。LixNiO2的合成过程中往往会 形成Li1-x-yNi1+yO2非化学计量化合物，从 而影响材料的电化学性质。目前研究的 焦点，主要集中在如何减小x、y从而提 高其电化学性质上。
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谢谢
大家
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Ⅱ几种锂离子电池材料的结构性质
锂离子电池
正极材料
电解质溶液
负极材料
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1.锂钒氧化物（Li1+xV3O8）系统
Li1+xV3O8属单斜晶系，其结构单元是两层V3O8 结构中间夹有锂离子的M-X-M结构。锂离子占 据八面体的间隙位置，额外的Li（与x相对应） 嵌入到间层，并占据四面体间隙位置。 Li1+xV3O8具有Li的嵌入量大、比能量高、放电 容量大、可逆性好等特点。但在2.0<x<3.0范 围内，随着Li嵌入量不同，晶体结构会发生改 变，从而导致大的残余容量，放电电压也随之 改变。故Li1+xV3O8作为实用化的电极材料有一 定的局限性。
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2.锂锰氧化物（LiMn2O4）系统
Li1+xMn2O4是尖晶石型结构， 该系统具有易制备、低污染、 价格便宜等优点。但相对其 他正极材料，该体系比容量 较低。近来，人们发现了具 有层状结构的LiMn2O4，相对 尖晶石结构而言，其脱嵌更 容易，初始比容量高达 270mAh/g，因此这种层状结 构的LiMn2O4材料日益引起人 们的注意。
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为了使Li3V2(PO4)3得到更广泛的应用， 在制备方法上应加强安全、耗能耗时少 的制备方法的研究；在改性研究上，通 过包覆和掺杂等方法使其电化学性能得 以提高；同时加强Li的嵌入和脱出动力学 方面的研究，提高反应速率。
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Ⅵ总结
正极材料的研究是锂离子电池发展 的重要部分，其中LiNixCo1-xO2体系具有 高容量、循环性能好、价格便宜、污染 小等优点，是最有希望替代已经商业化 的LiCoO2的正极材料。此外，对负极材 料和电解质改性也会提高电池的电化学 性能。随着研究的不断深入，锂离子电 池会有更广泛的发展和应用。
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3.锂钴氧化物（LiCoO2）系统
LiCoO2为α-NaFeO2型层状结构，氧原子 构成立方密堆积序列，钴和锂分别占据 立方密堆积的八面体3（a）与3（b）位 置。 LiCoO2系统具有制备容易、容量较 高、可循环性好、使用寿命长等优点。 但当锂离子脱嵌量超过50%时，会发生 正极的电化学性能退化。