鋰離子電池正極材料有哪些？鋰離子電池正極材料介紹

鋰離子電池由正極、負(fù)極、電解質(zhì)、電解質(zhì)鹽、膠粘劑、隔膜、正極引線、負(fù)極引線、中心端子、絕緣材料、安全閥、正溫度系數(shù)端子(PTC端子)、負(fù)極集流體、正極集流體、導(dǎo)電劑、電池殼等部件組成。

鋰離子電池的正極材料是含鋰的過渡金屬氧化物、磷化物如LiCoO2、LiFePO4等，導(dǎo)電聚合物如聚乙炔、聚苯、聚吡咯、聚噻吩、活性聚硫化合物等；嵌鋰化合物正極材料是鋰離子電池的重要組成部分。正極材料在鋰離子電池中占有較大比例，因此正極材料的性能將很大程度地影響電池的性能，其成本也直接決定電池成本高低。

目前正極材料的研究主要集中于氧化鋰鈷、氧化鋰鎳等電極材料，與此同時，一些新型正極材料(包括導(dǎo)電高聚物正極材料)的興起也為鋰離子電池正極材料的發(fā)展注入了新活力，尋找開發(fā)具有高電壓、高比容量和良好循環(huán)性能的鋰離子電池正極材料新體系是本領(lǐng)域重要研究內(nèi)容。

LiCoO2正極材料

LiCoO2具有三種物相，即a-NaFeO2型層狀結(jié)構(gòu)的LiCoO2、尖晶石結(jié)構(gòu)的LT-LiCoO2和巖鹽相LiCoO2。層狀LiCoO2氧原子采用畸變立方密堆積序列，鈷和鋰分別占據(jù)立方密堆積中的八面體(3a)和(3b)位置；尖晶石結(jié)構(gòu)的LiCoO2中氧原子為理想立方密堆積排列，鋰層中含有25%的的鈷原子，鈷層中含有25%鋰原子；巖鹽相晶格中Li+和Co3+隨機(jī)排列，無法清晰地分辨出鋰層和鈷層。

目前在鋰離子電池中應(yīng)用較多的是層狀結(jié)構(gòu)的LiCoO2，其具有工作電壓高、充放電電壓平穩(wěn)，適合大電流充放電，比能量高、循環(huán)性能好等優(yōu)點(diǎn)，鋰離子在鍵合強(qiáng)的CoO2層間進(jìn)行二維運(yùn)動，鋰離子電導(dǎo)率高，擴(kuò)散系數(shù)為10-9～10-7cm2·s-1，其理論容量為274 mAh·g-1，實(shí)際比容量為140 mAh·g-1左右。由于其具有生產(chǎn)工藝簡單和電化學(xué)性能穩(wěn)定等優(yōu)勢，所以是最先實(shí)現(xiàn)商品化的正極材料。

LiNiO2正極材料

理想LiNiO2晶體具有與LiCoO2類似的a-NaFeO2型層狀結(jié)構(gòu)。LiNiO2的理論容量為275mAh/g，實(shí)際容量已達(dá)190-210 mAh/g。與LiCoO2相比，LiNiO2具有價(jià)格和儲量上的優(yōu)勢。但LiNiO2在實(shí)際的生產(chǎn)和應(yīng)用中還存在較多問題，為此，人們對LiNiO2的合成方法及摻雜改性方面進(jìn)行了大量的研究。

LiNiO2存在的合成困難、結(jié)構(gòu)相變和熱穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，其根源都與LiNiO2的內(nèi)在結(jié)構(gòu)有關(guān)。對LiNiO2進(jìn)行元素?fù)诫s以改善其結(jié)構(gòu)，是提高LiNiO2比容量、改善循環(huán)性能以及穩(wěn)定性的有效手段。

Li-Mn-O系正極材料

由于錳資源豐富、價(jià)格低廉、無毒無污染，被視為最具發(fā)展?jié)摿Φ匿囯x子電池正極材料。Li-Mn-O系正極材料存在尖晶石型LiMn2O4和層狀LiMnO2兩種類型。

尖晶石型LiMn2O4具有安全性好、易合成等優(yōu)點(diǎn)，是目前研究較多的鋰離子電池正極材料之一。但LiMn2O4存在John-Teller效應(yīng)，在充放電過程中易發(fā)生結(jié)構(gòu)畸變，造成容量迅速衰減，特別是在較高溫度的使用條件下，容量衰減更加突出。

LiFePO4正極材料

LiFePO4正極材料是一類新型的鋰離子電池用正極材料。由于鐵資源豐富、價(jià)格低廉并且無毒，因此LiFePO4是一種具有良好發(fā)展前景的鋰離子電池正極材料。LiFePO4具有高的能量密度、低廉的價(jià)格、優(yōu)異的安全性使其特別適用于動力電池。它的出現(xiàn)是鋰離子電池材料的一項(xiàng)重大突破，成為各國競相研究的熱點(diǎn)。

導(dǎo)電高聚物正極材料

鋰離子電池中，除了可以用金屬氧化物作為其正極材料外，導(dǎo)電聚合物也可以用作鋰離子電池正極材料。

目前研究的鋰離子電池聚合物正極材料有聚乙炔、聚苯、聚吡咯、聚噻吩等，它們通過陰離子的攙雜、脫攙雜而實(shí)現(xiàn)電化學(xué)過程。但這些導(dǎo)電聚合物的體積容量密度一般較低，另外反應(yīng)體系中要求電解液體積大，因此難以獲得高能量密度。

DMcT作為鋰離子電池的正極材料，在比能量方面有著優(yōu)勢，但其在室溫下的電化學(xué)氧化還原的速度較慢，所以不能滿足電池的大電流放電的要求。