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新型锂离子电池正极材料 锂离子电池发展的关键技术 报告人：周小卫 物理系 凝聚态物理 锂离子电池产生的背景 1，传统电池的缺点 2，不可再生能源的短缺 3，新型能源的储存和释放 评价锂离子电池的指标 比能量 循环性能 倍率性能 单位：Wh/kg 充放电时的电流大小 电池的寿命 可反复使用的次数 锂离子电池工作原理图 锂离子电池负极材料 常用的有：石墨（C），硅（Si），砷（As）。 其中，商业化得负极材料是石墨，其比容量可达 300 mAh/g 以上，远远高于目前正极材料的比容量。 像新型的硅，砷负极材料，其首次比容量可达2000-3000 mAh/g, 多次循环后还有400-700mAh/g。 锂离子电池正极材料 目前商业化的主要是LiCoO2 和LiFePO4 ，其比容量分别约为140mAh/g和160mAh/g。 新型的钒材料，首次可达约450 mAh/g，多次循环后还能有200 mAh/g。 当前流行的锂电池正极材料 Co(钴) 系 Mn(锰) 系 Mn, Ni,Co等的混杂系 Ni(镍) 系 V(钒) 系 Fe(铁) 系 LixV2O5 LiCoO2 LiNiyCo1-yO2 LiMn2O4 LiFePO4 LiNiO2 评价正极材料最直接的指标 比容量 循环性能 倍率性能 影响正极材料性能的因素 材料的尺寸和形貌 材料的结晶度 材料的导电性 微米、纳米化 碳质包覆、复合 一定气氛下的可 控热处理 本课题组的研究情况 溶胶凝胶法结合水热法 0.5 C 1 C 2 C 4 C 0.5 C 1 C=200mAh/g 1.5V-4V 一定气氛下的控温烧结 充放电平台不明显也是应用上 的一个障碍 LiFePO4 LixV2O5 溶胶法 结合水热法 国际上报道的新型纳米氧化钒正极材料 Advanced materials 放电曲线 循环寿命 电化学性能 Nano letter Journal of Power Sources 谢谢！ LixCoO2 LixCoO2 材料是现在唯一商品化的正极材料,其中( 0x1)，理论容量为270mAh /g 左右，实际为140mAh/g 左右。其价格昂贵，对环境的污染严重。 LixV2O5 其中（0x3）,最大理论容量可达 450mA/g, 但实际使用中的性能衰减很严重。价格较便宜，对环境的污染小。 LiFePO4 实际比容量接近理论比容量，约为170-180 mA/g, 是目前出现的一种 新的被用于商业化的锂离子电池正极材料。但存在两个问题： 1，低温性能差 2，材料电导率差，严重影响其高倍率性能 1.V2O5粉未加入H2O2中，剧烈反应后放出O2，进而形成V2O5溶胶，老化1-2天2.加入模板剂C12H25NH2 （十二胺），150-180℃水热反应 7天 氧气气氛下450℃烧结2小时 材料制备 1.V2O5粉未加入H2O2中，剧烈反应后放出O2，进而形成V2O5溶胶。 2.一定量的MCNT（经混酸处理）后加入 V2O5溶胶中。[混酸为H2SO4/HNO3=3:1] 3.180℃水热反应3天。 传统电池 一次电池：碳锌电池 二次电池：铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池 替代性的能源来源广泛 关键是通过有效的手 段转化，储存，释放！ * *