锂离子电池2-锂离子电池正极材料.pdf

锂离子电池 ( 二. 锂离子电池正极材料) 主讲 吴伯荣 电话: email: wu_borong@ 目录 1. 锂离子电池概述及电池化学原理 2 .锂离子电池正极材料 3 .锂离子电池负极材料 4 .锂离子电池电解液及隔膜 5 .锂离子电池的结构和制造工艺 6.锂离子电池性能及应用前景 2 .锂离子电池正极材料 2.1 锂离子电池正极材料的性能要求 2.2 锂离子电池正极材料种类 2.3 常规正极材料的性能及制备方法 2.4 正极材料发展前景 锂离子电池充放电过程中发生 的反应是 嵌入反应 和一般化学反应的不同之处是: 嵌入反应有一定的非计量范围,在此范围内,热力 学性质随嵌入深度x 的变化而变化, 因而表现为x 的函数: DH = DH (x) i i 嵌脱反应 指涉及客体物质可逆地嵌入主体基质结构而主体结构基本 不变的固态反应。 主体提供可到达的末占据位置□(如四面体、八面体的间隙 位置或层状化合物层与层之间存在的范德华空隙等) 。 反应可示意性地表达为： xG+ □ [Hs]→G [Hs] 1-1 X X 所生成的非化学计量化合物GX [Hs]称为嵌入化合物( 简称 嵌合物) 层状间隙 c 作为二次电池的电极材料，这些化合物都涉及到客体 （Guest ，简称嵌质G ，如Li+ H ）在主体晶格(Host ，简称 ， 嵌基H ，如C、Li MO LaNi ) 中的嵌入、脱出量以及主体 1-x 2 ， 5 的可逆嵌脱循环性能 （即二次电池的容量与循环寿命）。 这些性能与主体材料的结构及嵌脱过程中的结构变化密 切相关。 最重要的结构特征： 主体材料要有一定程度的结构开放性，能允许外来的 原子或离子易于扩散进或逸出晶体 均一固相反应 • 当离子和电子嵌入、脱嵌时，正极材料LiMO 结晶结 2 构不发生变化的反应，称为均一固相反应。 化学反应为： MO2 Li  e LiMO2 0 RT y   by  ln( ) F 1y y: 氧化物中锂离子占有率（0＜y ＜1） by: 表示氧化物中嵌入的锂离子间的相互作用 随着锂离子的嵌入，电池电压减少，出现S形电压曲线 • 当离子和电子嵌入、脱嵌时，正极材料LiMO 结晶结 2 构形态发生变化，则电池的能斯特方程：： 0 RT aLiMO2    ln F a a Li  MO2 电池电压随活性物质的消耗而急剧减少，出现Ｌ形电压曲线