锂离子电池正极材料 ppt课件

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锂离子电池正极材料知识概述PPT(共 42张)

压实密度
压实密度与材料的理论密度和颗粒形貌、粒度分布等有关。理论密度 = 单胞内原子总质量/单胞体积
三元材料可以看作为Ni、Co和Mn取代LiCoO2中的Co，与 LiCoO2同为六方结构，都属R-3m空间群。 Ni、Co和Mn的原子量、离子半径相近，因此理论密度相近。
在实际应用中，LiCoO2的压实密度（RX767）可达4.2 g/cm3，
目前研究较多的锂离子电池正极材料有LiCoO2、镍钴二元，镍钴锰、锰类化合物、LiFePO4等。
3. 锂离子电池正极材料
3.1 LiCoO2
LiCoO2最早是由Goodenough等人在1980年提出可以用于锂离子电池的正极材料，之后得到了广泛的研究。
LiCoO2具有合成方法简单，工作电压高，充放电电压平稳，循环性能好等优点，是最早用于商品化的锂离子电池的正极材料，也是目前应用最广泛的正极材料。
LixMn2O4在过放电（1 x 2）的情况下，在3 V左右出现电压平台，锂离子嵌入到空的16c 八面体位置，产生结构扭曲，原来的立方体 LiMn2O4转变为四面体Li2Mn2O4，锰从3.5价还原为3.0价。该转变伴随着严重的Janh-Teller畸变， c/a变化达到16％，晶胞体积增加6.5％，导致表面的尖晶石粒子发生破裂。因此，LiMn2O4只能作为理想4 V锂离子电池正极材料，其理论容量为148 mAh/g，实际容量为120 mAh/g。
3.1.1 LiCoO2的结构
3
1
4 2
Co3+ (3b)
O2 (6c)
Li+ (3a)
LiCoO2具有-NaFeO2结构，属六方晶系， R-3m空间群，其中6c位上的O为立方密堆积，3a 位的Li和3b位的Co分别交替占据其八面体孔隙，在[111] 晶面方向上呈层状排列，理论容量为274 mAh/g。

锂离子电池正极材料知识培训

• 目前研究较多的锂离子电池正极材料有LiCoO2、镍钴二元，镍钴锰、锰类化合物、LiFePO4等。
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•3. 锂离子电池正极材料
•3.1 LiCoO2
LiCoO2最早是由Goodenough等人在1980年提出可以用于锂离子电池的正极材料，之后得到了广泛的研究。
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从电子结构来看，由于Li+（1s2）能级与O 2 （2p6）能级相差较大，而Co3+（3d6）更接近于O2（2p6）能级，所以LiO间电子云重叠程度小于Co-O间电子云重叠程度，Li-O键远弱于Co-O键，在一定的条件下，Li+离子能够在CoO层间嵌入脱出，使LiCoO2成为理想的锂离子电池嵌基材料。由于锂离子在键合强的CoO层间进行二维运动，锂离子导电率高；另外，共棱的CoO6的八面体分布使Co与Co之间以Co-O-Co的形式发生作用，电子导电率也较高。
2. 二元材料实际放电容量较高，可达175 mAh/g以上，但平台较低，合成困难（需在氧气气氛中进行），压实密度不高。
3. 三元材料结构稳定，循环性能好，安全，实际放电容量较高，可达160 mAh/g以上，但压实密度较低。
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•压实密度
• 压实密度与材料的理论密度和颗粒形貌、粒度分布等有关。
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与LiCoO2相比，LiNiO2的制备条件比较苛刻，其组成和结构随合成条件的改变而变化。因为Ni2+难于氧化，按照制备LiCoO2的工艺合成出的LiNiO2几乎不具备电化学活性，必须要在含有O2的气氛中进行反应，合成的产物往往是非整比的 LixNi2-xO2。在这种非整比产物中，部分Ni2+占据Li+位置（3a），在锂位产生部分无序的阳离子分布，降低了材料的结构有序性，为了维持Ni2+进入Li-O层后体系的电中性平衡，Ni-O层中也必然有等量的Ni2+存在（3b），化学式可以表示为 [Li+yNi2+1-y]3a[Ni2+1-yNi3+y]3bO22，这就是“阳离子混排”现象。

《锂离子电池》课件

指电池在特定条件下可以储存的电量，通常以毫安时（mAh）或安时（Ah）为单位。
能量密度
表示电池每单位重量或体积所能储存的能量，单位为瓦时每千克（Wh/kg）或瓦时每升（Wh/L）。
电池的循环寿命与自放电率
循环寿命
指电池在特定充放电条件下能够维持性能参数的时间，通常以充放电循环次数来表示。
自放电率
通过掺杂金属离子或进行表面改性，可以改善正极材料的电化学性能和循环稳定性。
负极材料的制备
负极材料的选择
常用的负极材料包括石墨、硅基材料、钛酸锂等，选择合适的负极材料对电池性能至关重要。
表面处理与改性
通过表面涂覆、化学处理、物理气相沉积等方法对负极材料进行改性，以提高其电化学性能和循环稳定性。
装配工艺流程
电池的装配工艺流程包括正负极片的切割、涂布、碾压、制片、装配等环节，每个环节都需要严格的质量控制和工艺参数的优化。
电池的性能测试
电池装配完成后需要进行性能测试，如电化学性能测试、安全性能测试等，以确保电池的质量和可靠性。
04 锂离子电池的性能参数与测试
电池的容量与能量密度
电池容量
合成方法
负极材料的合成方法与正极类似，也有多种方法可供选择，如固相法、化学气相沉积法、电化学沉积法等。
电解液的制备
电解液的组成
锂离子电池电解液主要由有机溶剂、锂盐和其他添加剂组成。
电解液的制备方法
电解液的制备方法包括直接混合法、共沸精馏法、离子交换法等。
电解液的性能要求
电解液需要具有良好的离子导电性、化学稳定性、电化学稳定性以及安全性等。
表示电池在不使用情况下，电量自行减少的速度，通常以每月电量减少的百分比来表示。