锂离子电池正极材料技术进展_孙玉城.

锂离子电池正极材料发展趋势
1. 高镍正极材料：由于高能量密度、高电压和较高的容量保持率，高镍正极材料已成为锂离子电池领域的主要趋势。

这种材料与低钴、低铁和低镁含量的正极材料相比，具有更好的稳定性和循环寿命。

2. 固态电解质：与液态电解质相比，固态电解质具有更好的安全性和稳定性，且不会泄漏或起火。

这种新型材料广泛应用于高性能锂离子电池中。

3. 低成本正极材料：随着新一代电动汽车的崛起，锂离子电池的需求量与日俱增。

于是，低成本正极材料的研究变得越来越重要。

一些研究人员正在寻找新的材料和制备方法，以获得更便宜、更可持续的正极材料。

4. 高容量材料：高容量正极材料可以提高电池的能量密度，从而延长电池寿命并提高性能。

一些新型正极材料，如钙钛矿和锂钴氧化物，具有更高的容量和更长的寿命。

5. 高温稳定材料：高温稳定材料可以在高温环境下保持电池的性能和稳定性。

这种材料在电动汽车和航空航天等领域中应用广泛。

锂离子电池正极材料的研究进展锂离子电池正极材料的研究进展随着清洁能源的发展，锂离子电池作为一种高能量、高功率密度的电池，已被广泛应用于移动物体、电动汽车、储能系统等方面，锂离子电池中的正极材料是实现高性能锂离子电池的关键。

本文将从锂离子电池正极材料的发展历程、材料的结构与性能、新型材料的研究和应用等方面展开详细的介绍和分析。

一、锂离子电池正极材料的发展历程20世纪80年代中后期，最早的锂离子电池是由四种材料构成的：平板石墨负极、聚乙烯隔膜、液态电解质和金属氧化物正极。

但是，由于金属氧化物正极的电化学性能不佳，限制了锂离子电池的应用，于是人们开始研究新型的锂离子电池正极材料。

1990年，日产汽车公布了采用碳酸锂电解液和三元材料（LiCoO2）的锂离子电池作为电动汽车动力源的计划。

1997年，索尼公司发布了使用锰酸锂（LiMn2O4）作为正极材料的锂离子电池，在实验室内能够实现高达1000次充放电循环，在国际市场上得到了广泛的推广。

之后，锂离子电池正极材料的研究进入了全新的阶段，市场上出现了一大批新型材料，如LiFePO4、LiNi0.33Mn0.33Co0.33O2等，已成为锂离子电池领域中的热门研究方向。

二、锂离子电池正极材料的结构与性能锂离子电池正极材料的结构一般是层状结构、尖晶石结构、钠层化合物结构、硅基嵌入化合物结构、钙钛矿结构和氧化物渗透缺陷结构，其物理化学性质也有所不同。

LiCoO2是最早应用于锂离子电池的材料之一，其具有较高的理论容量和电化学效率，但是由于其参数退化、安全性差以及高的成本等问题，不断推进了对新型的锂离子电池正极材料的研究。

LiFePO4是一种锂离子电池正极材料，它具有高的理论容量、低的电化学电位和充电的极高可逆性，但是其电导率较低，电量功率较低，在高功率环境下却发生了否决性的出现。

LiMn2O4是一种高性能的锂离子电池正极材料，其较高的电化学反应速度能够有效提高锂离子电池的安全性，但是容易发生相关的氧化还原反应，导致容量的降低。

锂离子电池正极材料研究进展锂离子电池是目前广泛应用于移动电子设备和电动车辆等领域的重要能量存储设备，其正极材料的性能对电池的性能和循环寿命有着至关重要的影响。

近年来，针对锂离子电池正极材料的研究逐渐受到了广泛关注。

在这篇文章中，将介绍一些最新的研究进展。

首先，锂离子电池正极材料的研究主要集中在提高材料的能量密度和循环寿命。

目前市面上常见的锂离子电池正极材料是钴酸锂（LiCoO2）、锰酸锂（LiMn2O4）和锂铁磷酸锂（LiFePO4）。

然而，这些材料在使用过程中存在着一些问题，比如钴酸锂存在着资源稀缺和价格昂贵的问题，锰酸锂的电化学性能相对较差，锂铁磷酸锂的能量密度较低等。

因此，研究人员开始寻找替代材料。

一种备受关注的材料是含有镍的过渡金属氧化物，比如锂镍钴锰氧化物（Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2）。

这种材料具有较高的能量密度和较长的循环寿命。

另外，研究人员还探索了硅和硫等材料作为锂离子电池正极材料的替代品。

其次，锂离子电池正极材料的微观结构调控也成为一个研究热点。

通过控制正极材料的粒径、纳米结构和晶体结构等参数，可以调节材料的电化学性能。

比如，一些研究表明，通过控制锂离子电池正极材料的晶体结构，可以实现更高的能量密度和更好的循环稳定性。

此外，锂离子电池正极材料的表面改性也引起了广泛关注。

通过在正极材料的表面形成一层保护膜，可以提高材料的循环稳定性和抗固相界面反应能力。

一些研究表明，通过硅、氟等元素的表面覆盖，可以显著改善正极材料的循环性能和容量保持率。

总体来说，锂离子电池正极材料的研究进展主要包括寻找新的材料、微观结构调控和表面改性。

通过这些研究，可以不断提高锂离子电池的能量密度和循环寿命，进一步推动锂离子电池在移动电子设备和电动车辆等领域的广泛应用。

随着移动电子设备和电动车辆市场的不断扩大，对锂离子电池正极材料的需求也越来越迫切。

因此，研究人员在锂离子电池正极材料的改进和创新上投入了大量的精力。

锂离子电池正极三元材料的研究进展及应用一、本文概述随着全球能源危机和环境污染问题的日益严重，锂离子电池作为一种高效、环保的能源储存和转换方式，已经在电动汽车、移动电子设备等领域得到了广泛应用。

其中，正极材料作为锂离子电池的重要组成部分，其性能直接影响到电池的能量密度、循环寿命和安全性能。

因此，研究和开发高性能的正极材料是锂离子电池领域的重要研究方向。

本文将对锂离子电池正极三元材料的研究进展和应用进行全面的综述，旨在探讨其发展趋势和未来应用前景。

本文将简要介绍锂离子电池的基本原理和正极材料的重要性。

然后，重点分析三元材料的结构特点、性能优势以及存在的问题和挑战。

接着，综述近年来三元材料在合成方法、改性技术和应用领域的研究进展，包括纳米化、复合化、掺杂等改性手段对三元材料性能的影响。

展望三元材料在未来的发展趋势和应用前景，提出可能的研究方向和建议。

通过本文的综述，旨在为相关领域的研究人员和企业提供有益的参考和启示，推动锂离子电池正极三元材料的研究和应用进一步发展。

二、三元材料的基本性质三元材料，又称为三元正极材料，是锂离子电池中的关键组成部分，对电池的能量密度、功率密度以及循环寿命等性能起着决定性的作用。

其一般化学式可表示为LiNixCoyMn1-x-yO2 (NCM) 或LiNixCoyAlzO2 (NCA)，其中x、y、z为各元素的摩尔比例，可根据需要进行调整以优化材料的性能。

高能量密度：三元材料具有较高的比容量，这使得锂离子电池在相同体积或重量下能够存储更多的能量，因此适用于高能量需求的电子设备或电动车等领域。

良好的电化学性能：三元材料具有良好的电子导电性和离子迁移率，这有助于提高电池的充放电效率和循环稳定性。

其结构稳定，能够在充放电过程中保持结构的完整性，减少电池容量的衰减。

安全性：三元材料在高温下具有较好的热稳定性，能够有效防止电池热失控的发生。

同时，其结构中的元素均为无毒或低毒元素，对环境和人体健康影响较小。

动力型锂离子电池正极材料的发展与比较青岛新正锂业有限公司孙玉城1、尖晶石锰酸锂与磷酸铁锂的发展状况目前最有希望应用于动力型锂离子电池的正极材料主要有改性锰酸锂（LiMn2O4）、磷酸铁锂（LiFePO4）和镍钴锰酸锂（Li(Ni,Co,Mn)O2）三元材料。

日本和韩国目前主要开发以改性锰酸锂和镍钴锰酸锂三元材料为正极材料的动力型锂离子电池，如丰田和松下合资成立的Panasonic EV能源公司、日立、索尼、新神户电机、NEC、三洋电机、三星以及LG等。

美国主要开发以磷酸铁锂为正极材料的动力型锂离子电池，如A123系统公司、Valence公司。

而德国等欧洲国家主要采取和其它国家电池公司合作的方式发展电动汽车，如戴目勒奔驰和法国Saft联盟、德国大众与日本三洋协议合作等。

但目前德国的大众汽车和法国的雷诺汽车在本国政府的支持下也正在研发和生产动力型锂离子电池。

国内目前普遍选择磷酸铁锂作为动力型锂离子电池的正极材料，从政府、科研机构、企业甚至是证券公司等市场分析员都看好这一材料，将其作为动力型锂离子电池的发展方向。

分析其原因，主要有下列两点：首先是受到美国研发方向的影响，美国Valence与A123公司最早采用磷酸铁锂做锂离子电池的正极材料；其次是国内一直没有制备出可供动力型锂离子电池使用的具有良好高温循环与储存性能的锰酸锂材料。

但磷酸铁锂也存在不容忽视的根本性缺陷，归结起来主要有以下几点：1、在磷酸铁锂制备时的烧结过程中，氧化铁在高温还原性气氛下存在被还原成单质铁的可能性。

单质铁会引起电池的微短路，是电池中最忌讳的物质。

这也是日本一直不将该材料作为动力型锂离子电池正极材料的主要原因；2、磷酸铁锂存在一些性能上的缺陷，如振实密度与压实密度很低，导致锂离子电池的能量密度较低。

低温性能较差，即使将其纳米化和碳包覆也没有解决这一问题。

3、材料的制备成本与电池的制造成本较高，电池成品率低。

磷酸铁锂的纳米化和碳包覆尽管提高了材料的电化学性能，但是也带来了其它问题，如合成成本的提高、电极加工性能不良以及对环境要求苛刻等问题。

锂离子电池正极材料的研究进展随着现代社会科学技术的不断发展，电池作为能量存储和转化的一种形式，已经成为了我们日常生活中必不可少的一部分。

其中，锂离子电池由于其重量轻、体积小、储能量大以及循环寿命长等优点，成为了当前最常用的电池类型之一。

而锂离子电池的核心组成部分便是正极材料，其性能的优劣直接决定了电池的性能。

因此，正极材料的研究一直是锂离子电池领域的重要研究课题。

本文将对锂离子电池正极材料的研究进展进行综述。

一、锂离子电池正极材料的种类及其优缺点在锂离子电池的正极材料中，最常见的是锂钴氧化物（LiCoO2）、锂镍钴铝氧化物（NCA）、锂铁磷酸（LiFePO4）、锂锰氧化物（LiMn2O4）和三元材料LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2（NCM）等。

这些材料具有不同的结构，性能和成本等特点，它们的使用也会受到电池的应用领域和终端设备的要求等多种因素的影响。

其中，锂钴氧化物作为第一代正极材料，具有高的储能量和较高的系统电压，但其价格昂贵，含有的钴元素资源匮乏，同时热稳定性和安全性能也有所欠缺；NCA具有高能量密度、长寿命和优异的功率性能，并且所含有的材料成分也比较丰富，但其制备成本较高，同时在高温和高电压下易发生失稳和过热等安全问题；LiFePO4的循环寿命长，热稳定性好，同时价格较为低廉，但它的理论储能量低、电导率差，同时在高功率放电和低温放电等情况下其性能明显下降；LiMn2O4具有低成本、高电导率和热稳定性好等优点，但其含有锰元素，易受到水解和氧气氧化等因素的影响，同时循环寿命也不如其他材料长；NCM作为新型锂离子电池材料，具有高能量密度、优异的耐热性和循环寿命等特点，但其价格较高，同时还存在着容量衰减快和失稳的问题。

总的来说，各种材料都具有各自的特点和适用范围，根据实际需求选择合适的正极材料十分必要。

二、锂离子电池正极材料的研究进展随着人们对新能源和环境保护要求的不断提高，锂离子电池在挑战和追求更高性能的过程中，锂离子电池正极材料也在不断地进行研究和改进。

锂离子电池正极材料的熔盐法合成研究进展任文锋;赵煜娟;吴锐;孙玉成;岳影影【摘要】新颖的合成方法熔盐法具有工艺简单、成本低廉等特点,是最有希望进行商业化生产的方法之一.介绍了熔盐法合成各种正极材料的实验方法及电化学性能,探讨了影响电化学性能的若干因素,并对各种熔盐方法进行分类,分析总结了熔盐法所具有的优势及需要克服的问题.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2015(039)005【总页数】4页(P1091-1093,1113)【关键词】锂电池正极材料;熔盐法;分类;综述【作者】任文锋;赵煜娟;吴锐;孙玉成;岳影影【作者单位】北京工业大学环境与能源工程学院,北京100124;北京工业大学环境与能源工程学院,北京100124;北京工业大学环境与能源工程学院,北京100124;北京工业大学环境与能源工程学院,北京100124;北京工业大学环境与能源工程学院,北京100124【正文语种】中文【中图分类】TM912目前，日益增长的全球能源需求、原油价格波动和环境问题的压力，加快了锂离子电池的发展步伐。

锂离子电池发展的主要瓶颈是正极材料，正极材料的容量往往决定整个电池的容量。

现在商业化及正在研究的锂离子电池主要有LiCoO2，LiNiO2，LiMn2O4，LiFePO4 和层状结构材料。

它们各有优缺点。

为了克服这些缺点，除了通过掺杂、包覆等修饰改性外，合成工艺的优化也是主要方面。

目前，正极材料的合成方法有高温固相法[1]、溶胶凝胶法[2]、共沉淀法[3]、喷雾干燥法[4]等。

其中，高温固相法焙烧时间长，能耗大，混合不均匀，效率低，颗粒粒径大，易混入杂质；溶胶凝胶法中，溶剂的使用和蒸发需要附加材料和能量消耗，合成过程时间长且工艺复杂；共沉淀法合成步骤复杂，耗时费力；喷雾干燥法可以合成纳米尺度的一次粒子，但是设备昂贵。

为了克服这些合成的不利因素，我们通过熔盐法来合成各种锂离子电池正极材料。

熔盐法是用一种或几种低熔点盐作为反应物或反应介质，提供液态环境，离子扩散速度显著加快，反应物达到分子尺度的混合，使反应由固固反应转变为固液或液液反应。

锂离子电池层状结构三元正极材料的研究进展（中山大学化学与化学工程学院广州510275）摘要为改进锂离子电池的性能，化学家们一直致力于电极材料的研究。

其中，正极材料的研究更是重中之重，各种正极材料层出不穷，而层状结构三元正极材料LiNi x Co y Mn1-x-y O2因为具有较高的可逆容量、循环性能好、结构稳定性、热稳定性和相对较低的成本等优点，近年来成为研究热点。

本文主要简介其结构特点与电化学特性，并综述其制备方法的改良和改性手段，并分析该材料目前存在的问题和对其未来发展做一个设想。

关键词锂离子电池层状结构LiNi x Co y Mn1-x-y O2 研究进展Research progress in layered structural ternary cathode materials forlithium ion batteriesAbstract To improve the properties of Li-ion Battery, the chemist have been working for suitable electrode materials. Among them, the study of cathode materials is a top priority. There are a variety of cathode material. And in recent years, Layered Structural LiNi x Co y Mn1-x-y O2 as a cathode has been a hot topic, because it has a lot of advantages, such as, it has a high reversible capacity, good cycle performance, structural stability, thermal stability and relatively low cost, etc. This paper is about the introduction of its structural features and electrochemical characteristics, as well as a review of the improvement and modification means of their preparation. Finally, there are analysis of the existing problems of the materials and a vision of its future development.Key words lithium ion batteries; layered structure; LiNi x Co y Mn1-x-y O2; research progress1.引言锂离子电池的具有工作电压高、能量密度高、自放电效率低、循环寿命长、无记忆效应和环保等优点，因此广泛应用于生产生活中。

高倍率型微米级单晶锂离子电池正极材料鞠孜锐;孙玉城【摘要】主要研究了具有微米级单晶改性正极材料LiMn1.82Al0.18O4的基本物理和电化学性能,并考察了该材料在18650型高功率锂离子电池中的应用.通过扫描电子显微镜法(SEM)照片可看出该材料由平均粒径为6～8 μm的具有八面体单晶颗粒组成,比表面积小于0.4 m2/g,振实密度可达2.4 g/cm3.电化学性能测试表明,样品LiMn1.82Al0.18O4在3.0～4.35 V(vs.Li/Li+)充放电电压范围内,可逆比容量可达100 mAh/g.以该材料为正极材料的18650型高功率锂离子电池容量可达1 000 mAh,30 C倍率放电容量保持率达到0.2 C倍率下的92%以上,具有优异的倍率性能.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2010(034)003【总页数】4页(P241-244)【关键词】锂离子电池;正极材料;改性锰酸锂;倍率性能【作者】鞠孜锐;孙玉城【作者单位】青岛科技大学,新材料研究重点实验室,山东,青岛,266042;青岛科技大学,新材料研究重点实验室,山东,青岛,266042;青岛新正锂业有限公司,山东,青岛,266111【正文语种】中文【中图分类】TM912.9动力型锂离子电池的发展源自于电动车辆等对先进二次储能器件的迫切需求。

电动车（EV）和混合电动车（HEV）能否实现产业化，核心问题在于其储能器件电池。

在构成锂离子电池的部件中，正极材料居于核心地位，从很大程度上决定着锂离子电池的电性能和安全性。

目前最有希望应用于动力型锂离子电池正极材料的主要有改性锰酸锂（LiMn2O4）、磷酸铁锂（LiFePO4）和镍钴锰酸锂[Li(Ni,Co,Mn)O2]三元材料[1-4]。

磷酸铁锂具有安全性高、循环寿命长等优点，但是也具有振实密度低、材料电极加工性能不良以及一致性差等缺点。

此外，铁是会引起电池短路的元素，磷酸铁锂在还原性气氛下制备时很难保证铁离子不会被还原成单质铁。

锂离子电池正极材料研究进展
锂离子电池作为当前主流的电池类型之一，在移动电子设备、电动汽车、储能系统等领域有着广泛的应用。

其中，正极材料作为锂离子电池的关键组成部分，直接影响着电池的能量密度、循环寿命和安全性能。

因此，对锂离子电池正极材料的研究一直备受关注。

本文将从目前锂离子电池正极材料的研究现状和未来发展方向两个方面进行探讨。

首先，当前锂离子电池正极材料的研究主要集中在钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂和钛酸锂等化合物上。

这些化合物具有较高的比容量和较高的工作电压，但同时也存在着价格昂贵、资源紧缺和安全性能差的缺点。

因此，研究人员开始转向新型正极材料的开发，如锰基氧化物、钴基磷酸盐、钛基氧化物等。

这些材料具有丰富的资源、低成本和良好的安全性能，是未来锂离子电池正极材料的发展方向之一。

其次，未来锂离子电池正极材料的研究将主要集中在提高能量密度、延长循环寿命和提高安全性能三个方面。

在提高能量密度方面，研究人员将重点关注多元化合物的设计和合成，以提高材料的比容量和工作电压。

在延长循环寿命方面，研究人员将致力于减少材料在充放电过程中的结构变化和粒径变化，以提高材料的循环稳定性。

在提高安全性能方面，研究人员将着重于提高材料的热稳定性和耐高温性能，以降低电池的热失控风险。

综上所述，锂离子电池正极材料的研究正处于快速发展的阶段，新型正极材料的开发和现有材料性能的改进将成为未来的研究重点。

随着材料科学和能源领域的不断进步，相信锂离子电池正极材料的研究将为电池技术的发展和应用带来新的突破。

希望本文对锂离子电池正极材料的研究有所帮助，也期待未来能够有更多的科研成果为电池技术的发展做出贡献。

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910728303.8(22)申请日 2019.08.08(71)申请人 青岛新正锂业有限公司地址 266000 山东省青岛市城阳区棘洪滩街道仕元路1号(72)发明人 孙玉城　(51)Int.Cl.B03C 1/02(2006.01)G01N 15/14(2006.01)H01M 4/139(2010.01)H01M 10/0525(2010.01)H01M 4/02(2006.01)(54)发明名称一种锂电池正极材料中磁性物质的去除方法及检测方法(57)摘要本发明属于锂电池材料技术领域，具体涉及一种锂电池正极材料中磁性物质的去除方法及检测方法，包括用过氧化氢溶液对含有磁性物质的锂电池正极材料进行洗涤，经过过氧化氢溶液洗涤处理后，磁性物质和过氧化氢溶液在常温碱性环境下反应，生成了没有磁性的氢氧化物,将洗涤后的正极材料进行加热烘干处理；然后清洗提取磁性物质，检测锂电池正极材料中磁颗粒数量。

通过上述技术方案，实现了通过简单处理就能得到含磁性杂质较低的正极材料，从而提高了正极材料的性能，降低生产成本，有利于今后新能源电池的推广。

权利要求书1页 说明书5页 附图1页CN 110404674 A 2019.11.05C N 110404674A1.一种锂电池正极材料中磁性物质的去除方法，其特征在于：用过氧化氢溶液对含有磁性物质的锂电池正极材料进行洗涤，经过过氧化氢溶液洗涤处理后，磁性物质和过氧化氢溶液在常温碱性环境下反应，生成了没有磁性的氢氧化物；将洗涤后的正极材料，在条件为温度300-500℃，时间3-6h进行烘干处理，生成的氢氧化物在加热状态下生成氧化物，过氧化氢分解成氧气和水蒸气，氧气与正极材料反应，进一步增强了材料结构的完整性，同时，材料中未被过氧化氢溶液氧化的极少量磁性物质在富氧环境中，生成金属氧化物。