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锂电池正负极材料
锂电池是一种二次电池，它通过锂离子在正负极之间的迁移来实现充放电过程。
正负极材料是锂电池的核心组成部分，决定了锂电池的性能和特点。
锂电池的正极材料主要有钴酸锂、镁酸锂、铁酸锂等，其中最常用的是钴酸锂。
钴酸锂具有高比能量、高荷电量、循环寿命长等特点。
它的化学反应式为LiCoO2，其中锂离子在充电过
程中从正极材料LiCoO2中脱嵌，放电过程中又重新嵌入LiCoO2中。
钴酸锂正极材料的特点是电化学活性高，但价格
较高，加工成本也较高。
锂电池的负极材料主要有石墨、硅等。
石墨是锂离子电池最常用的负极材料，它具有很好的导电性和化学稳定性。
石墨的化学反应式为LiC6，其中锂离子在充放电过程中在石墨中的层
间插入和脱嵌。
石墨负极材料的特点是稳定性好，价格低廉，但比能量相对较低。
除了石墨，硅也是一种被广泛研究的锂电池负极材料。
硅负极材料可以嵌入更多的锂离子，因此具有更高的比能量，但由于硅材料在充放电过程中容易发生体积膨胀，导致循环寿命较低。
研究人员正在积极寻找硅负极材料的改性方法，以提高其循环寿命和稳定性。
正负极材料的选择对锂电池的性能有重要影响。
正极材料的选择主要考虑比能量、电化学性能和成本；负极材料的选择主要考虑比能量、循环寿命和稳定性。
随着锂电池技术的不断发展，
研究人员正在不断寻找新的正负极材料，以提高锂电池的性能和安全性。
高电压正极材料Li1-x CoO2 (x = 0.75) 的电子结构林妹，胡家琦，朱梓忠*（厦门大学物理与机电工程学院，福建厦门361005）摘要：进一步提高目前成熟的锂离子电池电极材料LiCoO2的容量是一个重要的研究方向。
本文采用基于密度泛函理论的第一原理方法研究了高脱锂量材料Li1-x CoO2（x= 0.75）的结构和电子结构性质，为深入理解该高电压材料的电子结构提供基础。
计算表明，LiCoO2材料中Co是以正常的价态+3价的形式存在的。
少量脱锂时，小部分Co3+离子由于进一步失去电子而从+3价变成+4。
当深度脱锂（x = 0.75）时，不仅有很多的Co3+离子的再变价，而且部分O-2p轨道也会失去电子，产生两种氧离子O1和O2，其中O1离子占O变价总数的1/3，而O2离子占2/3。
不同价态的Co与不同氧离子之间的键长有明显的区别。
与Co3+相比，Co4+和O离子之间聚集了更多的电子，它们之间的相互作用力也将强于三价Co与O之间的相互作用力。
关键词:Li0.25CoO2；电子结构；第一原理计算；GGA+U中图分类号：文献标志码：A 文章编号：锂离子电池具有比能量高、自放电小和寿命长等优点，是电动汽车最具实用可能性的动力电池。
电动汽车对锂离子电池的能量密度提出了巨大的挑战。
锂离子电池正极材料LiCoO2的首次出现最远可追溯到20世纪50年代中期[1]，它也是目前广泛商业化应用的第一代锂离子电池正极材料，在锂离子电池产业中的电子设备和电动车领域内应用最为广泛[2,3]，在过去三十多年间得到了广泛的研究。
LiCoO2中所有的Li离子从材料中完全脱出时，它的理论容量达到274mAh/g，当电压在3.0 ~ 4.3 V (vs. Li/Li+) 时实际容量可达到160mAh/g，这时充放电过程收稿日期：2015-07-XX 录用日期：2015-XX-XX基金项目：国家自然科学基金重点项目（21233004）.* 通信作者：zzhu@引文格式：Citation：中每个分子式LiCoO2单元大约有0.55个锂离子被脱出[4]。
本质原因锂离子电池在两个电极间发生嵌入反应时具有不同的嵌入能量，而为了得到电池的最佳性能，两个宿主电极的容量比应该保持一个平衡值。
在锂离子电池中，容量平衡表示成为正极对负极的质量比，即：γ=m+/m-=ΔxC-/ΔyC+式中C指电极的理论库仑容量，Δx、Δy分别指嵌入负极及正极的锂离子的化学计量数。
从上式可以看出，两极所需要的质量比依赖于两极相应的库仑容量及其各自可逆锂离子的数目。
一般说来，较小的质量比导致负极材料的不完全利用；较大的质量比则可能由于负极被过充电而存在安全隐患。
总之在最优化的质量比处，电池性能最佳。
对于理想的Li-ion电池系统，在其循环周期内容量平衡不发生改变，每次循环中的初始容量为一定值，然而实际上情况却复杂得多。
任何能够产生或消耗锂离子或电子的副反应都可能导致电池容量平衡的改变，一旦电池的容量平衡状态发生改变，这种改变就是不可逆的，并且可以通过多次循环进行累积，对电池性能产生严重影响。
在锂离子电池中，除了锂离子脱嵌时发生的氧化还原反应外，还存在着大量的副反应，如电解液分解、活性物质溶解、金属锂沉积等，如图1所示。
Arora等[3]将这些容量衰减的过程与半电池的放电曲线对照起来，使得我们可以清楚地看出电池工作时发生容量衰减的可能性及其原因，如图2所示。
一、过充电1、石墨负极的过充反应：电池在过充时，锂离子容易还原沉积在负极表面：Li＋＋e→Li（s），沉积的锂包覆在负极表面，阻塞了锂的嵌入。
【电源网】【李伟善】【黄可龙】【阮艳莉】导致放电效率降低和容量损失，原因有：①可循环锂量减少；【电源网】【李伟善】【阮艳莉】②沉积的金属锂与溶剂或支持电解质反应形成Li2CO3，LiF 或其他产物；【电源网】【李伟善】【阮艳莉】③金属锂通常形成于负极与隔膜之间，可能阻塞隔膜的孔隙增大电池内阻。
【电源网】【李伟善】【阮艳莉】④由于锂的性质很活泼，易与电解液反应而消耗电解液.从而导致放电效率降低和容量的损失。
电化学测量容量衰减的原因容量衰减是指在电化学测量中，电化学容量随时间的推移而逐渐减小的现象。
容量衰减的原因可以归结为以下几点。
1. 电极材料的活性损失：电极材料在电化学反应过程中会发生活性损失，导致电极的有效反应面积减小，从而降低了电化学容量。
这主要是由于电化学反应中产生的活性物种与电极材料发生不可逆反应，形成不溶性产物或电极表面的被覆物等。
2. 电解液中的不纯物质：电解液中存在的不纯物质会与电极发生反应，形成不溶性产物或电极表面的被覆物，从而降低了电极的活性，导致容量衰减。
特别是在长时间使用或高电压条件下，电解液中的不纯物质会更容易与电极发生反应。
3. 电极表面的腐蚀和氧化：在电化学测量中，电极表面可能会发生腐蚀和氧化的现象，导致电极的活性减弱，进而引起容量衰减。
腐蚀和氧化可以是由于电化学反应中产生的活性物种与电极表面发生不可逆反应，也可以是由于电极表面与电解液中的成分相互作用而引起的。
4. 电解液中的溶解氧：电解液中的溶解氧会与电极发生反应，形成不溶性氧化物或电极表面的被覆物，从而降低了电极的活性，导致容量衰减。
尤其是在高温或长时间使用的条件下，电解液中的溶解氧会更容易与电极发生反应。
5. 温度变化：温度的变化会影响电极反应的速率和平衡，从而影响电化学容量。
一般情况下，随着温度的升高，电化学反应的速率增加，容量衰减也会加快。
为了减少容量衰减，可以采取以下措施：1. 选择合适的电极材料：选用活性稳定的电极材料，能够减少电极的活性损失，延缓容量衰减的速度。
2. 提高电解液纯度：减少电解液中的不纯物质含量，可以降低电极发生不可逆反应的概率，减缓容量衰减的速度。
3. 控制温度：保持恒定的温度条件，避免温度对电化学容量的影响。
4. 适当降低电压：在测量中，适当降低电压，可以减少电化学反应的速率，从而延缓容量衰减的速度。
容量衰减是电化学测量中常见的现象，它会影响电化学测量的准确性和稳定性。
了解容量衰减的原因，并采取相应的措施，可以有效减缓容量衰减的速度，提高电化学测量的可靠性和稳定性。
锂电池正极材料的老化机理M.Wohlfahrt-Mehrens*C.V ogler,J.Garche摘要：储备式和车载动力用电池都需要很好的循环性能和使用寿命。
在过去的几年里，从价廉易得、高性能方面考虑，具有针状结构的锂锰氧化物（LiMn2O4）和具有层状结构的锂镍钴混合氧化物(LiNiCoO2)习惯上作为替代锂钴氧化物(LiCoO2)做高容量大功率电池的负极材料从而得到了广泛的研究。
在本文中作者总结了一些两种负极材料在循环和不同条件存储时的容量损失的基本机理。
锂钴镍混合氧化物表现出极好的放电态耐存储性和低电解液金属溶出性。
循环稳定性主要受影响于脱锂态结构的改变，并且热不稳定起因于充电时高温下的氧扩散。
少量的铝镁参杂物会使锂镍钴的层状结构变得稳定并且能改善循环稳定性。
讨论了尖晶石状锂锰氧化物各种容量衰减机理，尤其是高温下的衰减机理。
容量衰减很大程度上是由于循环和存储时电池结构发生变化引起的，而且由导电盐LiPF6的分解产物和电解液中的水杂质催化产生的副反应也是容量衰减的原因。
关键词：锂镍钴氧化物；尖晶石型锂锰氧化物；使用寿命；容量衰减；老化机理1、简介锂电池由于其很高的能量密度和功率密度成为车载动力用电池的最具吸引力的候选电源。
这方面的应用要求很高的循环寿命和使用寿命，因此，电池的估计和预期寿命和容量衰减的机理和预防越来越受到人们的关注。
能在实际条件下测量电池使用寿命的总体测试是必须的，这些方法必须专门为每个元件设计和每种化学组成量身定做。
去年发表了一些关于锂离子电池老化的研究。
以下一些锂离子电池的内部因素可能影响电池的寿命：●活性物质的退化●一些像导电剂、粘结剂和集流版之类的电极涂料的老化变质●电解质的成膜和分解这些因素不是单独发生的，所以不能彼此分割开来讨论问题，他们有赖于不同的化学组成和元件设计，而且所获得的数据又因为电池厂家的不同而不同。
本文着眼于描述一些基本的基于文献资料提及的阳极活性物质的容量衰减机理，并且强调了锂镍钴氧化物和尖晶石型锰酸锂的不同之处，他们都是眼下最合适的车载动力用电源的阴极材料。
锂离子电池存储性能衰退机理及改善研究进展陈节贵;程冰冰;盘毅【摘要】随着能耗的增加和社会对环保意识的提高,锂离子电池已成为社会生活中不可或缺的部分.然而在电池使用过程中存储无法避免,因此存储性能是锂离子电池很重要的性能指标,甚至成为制约电池使用的关键因素之一.本文从锂离子电池的存储性能着手,从锂离子电池正负极两个方面综述了存储性能衰退机理,并且阐述了通过在电解液加入添加剂以改善电池存储性能的解决方案.【期刊名称】《船电技术》【年(卷),期】2017(037)010【总页数】6页(P41-45,67)【关键词】锂离子电池;存储性能;衰退机理;性能改善【作者】陈节贵;程冰冰;盘毅【作者单位】中国船舶重工集团公司,北京100097;武汉船用电力推进装置研究所,武汉430064;国防科技大学,长沙410000【正文语种】中文【中图分类】TM911.3随着时代的发展和社会对环保节能意识的提高，高能量密度的锂离子电池所具有的环保节能、循环利用寿命长等优点越加突显，特别是锂离子电池安全性能逐步提高及成本不断降低以后，也就愈来愈引起人们的广大关注。
目前我国在锂离子电池领域的研究工作主要集中在正负极材料等电池产业链前端领域，而发达国家已经在如何延长电池寿命及对其预测模拟、防止电池老化等电池产业链末端甚至电池回收领域取得了一系列研究成果。
早在 1998年，美国能源部所资助的 ATD(Advanced Technology Development)项目目标中就指出，在保证低成本、性能优、安全和舒适的前提下，创造出新一代动力汽车，即PNGV(Partnership for a New Generation of Vehicles)计划。
作为此计划中新一代动力汽车的一个很重要性能指标，所用动力电池的存储寿命必须达到15年[1-2]。
作为化学电源的一种，锂离子电池实现了化学能和电能的转换，一般由以下元件组成：负极、正极、隔膜、电解液、集流体和外壳等。
燃料电池性能衰减的探究刘丽华发布时间：2021-07-28T07:49:30.626Z 来源：《中国科技人才》2021年第12期作者：刘丽华[导读] 在全球节能减排，碳中和的大前背景下，新能源行业展现前所未有的繁荣景象。
各大车企和科研院所都开发成立相关项目，投入到燃料电池研发和生产的各个环节。
燃料电池是否能持续发展，主要是两大问题，一是成本问题，关键技术和部件掌握在国外少数企业中，催化剂，碳纸，膜等，亟待有所突破。
刘丽华大连擎研科技有限公司辽宁省大连市 116033摘要：在全球节能减排，碳中和的大前背景下，新能源行业展现前所未有的繁荣景象。
各大车企和科研院所都开发成立相关项目，投入到燃料电池研发和生产的各个环节。
燃料电池是否能持续发展，主要是两大问题，一是成本问题，关键技术和部件掌握在国外少数企业中，催化剂，碳纸，膜等，亟待有所突破。
二是寿命问题，寿命问题是制约燃料电池发展的决定性难题。
寿命是指电堆在额定输出功率下，能够持续运行的时间。
关键词：燃料电池；性能衰减引言电堆在频繁启停，开路的高电位，温湿度不合理，控制策略不当等都会导致衰减加快。
由于我国的燃料电池行业起步较晚，对电堆性能的衰减研究也不多，对寿命的测试方法也在探索阶段。
新试运行【GB/T38914-2020车用质子交换膜燃料电使用寿命测试评价方法】是快速测试电堆寿命的最新办法。
在实际电堆研发过程中，探究电堆性能衰减规率是研发电堆提高电堆性能的重要依据。
一、电堆性能的决定因素决定电堆性能的主要有膜电极，极板，密封结构，以及核心辅助部件及控制系统等。
膜电极主要由质子交换膜和催化层，扩散层组成。
质子交换膜与性能相关的主要是质子导电性，阻隔气体能力及厚度，吸水性及膨胀率和收缩率等。
质子交换膜越厚机械性能越好，但质子迁移的损失就更大，反之质子交换膜越薄，机械性能越差，溶解和开裂的越容易，但质子迁移容易。
催化层由PT/C催化剂和聚合物组成，厚度5-10UM，单铂颗粒直径2-5NM，碳载体直径在10-100NM，催化层的孔隙直径在100NM左右，PT等催化颗粒均匀分布在催化层表面，催化剂的密度决定了参与反应的粒子数量，催化剂在长期的使用中，PT颗粒存在流失和团聚现象，催化PT颗粒载体碳也存在被腐蚀流失现象，导致电堆的性能下降。
