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黄学杰：锂电池与铅酸电池将长期共存作者：来源：《汽车纵横》2013年第04期《汽车纵横》：美国波音787着火事件与电池有关吗？黄学杰：美国波音787的安全事故，目前还没有了结，当然电池“脱不了干系”。
波音787的电池组选用钴酸锂电池，电池设计本身存在缺陷。
之前，我们一再提出过，在目前的技术条件下，钴酸锂电池只能用在电脑和手机上，不要说飞机、汽车，连自行车都不行。
《汽车纵横》：对于目前新能源汽车及动力电池的发展，您有什么看法？黄学杰：世界多个国家在发展新能源汽车及关键零部件动力电池时，前期出现了_一些计划与市场实际不相符合的情况，一些车辆的市场需求没有预期的大，也有些具有一定市场空间的产品，现在身份不明确或技术未掌握，处境尴尬。
在电动汽车领域，低速电动车和混合轿车身份不明。
第一，低速电动车，有技术，有市场，但现在身份不明。
第二，混合动力轿车技术未突破。
国际上混合动力轿车技术先进，年销量百万以上，节油减排效果明显。
在新能源汽车发展中，国家大力支持混合动力公交车，每辆车资金补贴20多万元，极大地推动了产业技术进步，也培育出巨大的市场，但是我国混合动力轿车产业基本上没有进展，国家没有大量的资金支持。
在动力电池领域，铅酸电池身份不明，从我国政策支持的新能源汽车车型看，能源动力都是优选锂电池。
其实铅酸电池，技术成熟、价格低，可以大规模应用在经济型电动汽车上，现阶段重点要解决的是清洁生产和绿色回收方面的问题。
《汽车纵横》：现阶段锂电等各种动力电池，应如何发展？黄学杰：从性价比上看，锂电池目前惟一“打不赢”的是铅酸电池。
在电动车辆领域，锂离子电池和铅酸电池将长期共存，这意味着我国电动汽车在市场上、空间上有不同层次的需求。
铅酸电池可以广泛应用在低速经济型电动汽车上，锂离子电池，未来将更多应用于高端汽车领域。
我认为，这种长期共存，不是3年～5年，可能是10年～20年。
这期间，铅酸电池和锂离子电池应各司其职、各负其责，做好各自工作。
黄学杰张恒最新JACS：正极硫添加剂可稳定高能量密度负极界面一、背景介绍可充电锂离子电池（LIBs）已成为电子设备和电动汽车领域最具竞争力的储能方案。
不断增长的储能需求对能量密度、寿命和倍率性能提出了更高的要求，超越了对“摇椅化学”构想的当代LIB的研究，最近成为推广储能技术的可行解决方案。
人们普遍认为，负极-电解质界面的性质是决定电池安全性、功率和循环寿命的关键因素。
尤其是这一特性对于高能负极材料（例如，比容量为450mAhg-1（即SiC450）和900mAhg-1（即SiC900）的硅-石墨复合材料（SiC））变得更加突出）），在锂化/脱锂过程中会发生典型的转化反应，伴随着巨大的体积膨胀/收缩。
因此，迫切需要具有优异弹性和高锂离子（Li+）渗透率的坚固固体电解质界面（SEI）层来适应高能负极材料的大体积变化并促进Li+离子通过SEI层快速传输。
【图1】用于高能负极的设计正极添加剂（DCA）示意图。
（a）电解质添加剂、（b）人工界面和（c）设计正极添加剂对SEI结构的影响示意图。
LiFePO4（LFP）和硅石墨（SiC）分别显示为正极和负极示例。
（1）元素硫直接扩散到负极侧，通过还原路径转化为多硫化物（Sn2-），与碳酸亚乙酯（EC）反应，在高能负极上形成类聚环氧乙烷（PEO）聚合物.（2）元素硫（S8）通过正极侧的氧化路径生成烷基硫酸盐（R-OSO2OLi）并扩散到负极。
目前，提高高能负极材料上SEI层质量的主要方法有两种：（1）添加功能性电解质添加剂，（2）加入人工界面层。
第一种方法似乎是最流行的策略，并推出了多种电解质添加剂，包括氟代碳酸亚乙酯（FEC）、碳酸亚乙烯酯（VC）、1，3，2-二氧杂硫杂环戊烷-2，2-二氧化物（DTD）、1，3丙磺酸内酯（PS）、和硫酸乙烯酯（ES）.含硫电解质添加剂（如ES、PS和DTD）可以有效地在高能负极上构建高质量的SEI层，而不会形成气态化合物（图1a）。
黄学杰：动力电池正极材料多元化发展是趋势【导读】数据显示，磷酸铁锂材料的理论比容量只有170Ah/kg，与石墨配对做成锂离子电池，能量密度国际上技术最先进的SAFT最高仅能做到160Wh/kg。
锂离子动力电池已成为我国新能源汽车发展的一个技术瓶颈。
目前，国内电动汽车主要采用的是磷酸铁锂为正极材料的动力电池，而不可忽略的一个事实是，这种路线在示范推广中已经显现出能量密度瓶颈，这在很大程度上地阻碍了续驶里程提高。
数据显示，磷酸铁锂材料的理论比容量只有170Ah / k g，与石墨配对做成锂离子电池，能量密度国际上技术最先进的SAFT最高仅能做到160Wh/kg。
2012年10月16日，工信部、科技部、财政部曾经联合发文，明确要求2015年电池单体的能量密度达到180Wh/kg以上(模块能量密度达到150Wh/kg以上)，循环寿命超过2000次或日历寿命达到10年。
一些业内人士表示，如果国家强制要求能量密度要达到180Wh/kg，磷酸铁锂路线肯定是走不通了。
“目前来看，最现实，安全性最高的依然是磷酸铁锂。
”黄学杰表示，作为目前国内动力电池的一个主要路线，磷酸铁锂是目前最具实用价值的动力电池正极材料，支撑了国内现阶段新能源汽车的示范运行。
黄学杰认为，由于磷酸铁锂电池在能量密度方面的限制，未来，动力电池的正极材料会多元化发展，锰系氧化物正极材料是国际上主流商用电动车辆的选择，包括日产聆风所使用的锰酸锂混合镍钴锰三元材料和特斯拉所采用的镍钴铝三元材料都会成为一个选择。
进入2014年，三星、LG等韩国企业开始在国内设动力电池厂，黄学杰表示，这些企业走的三元加锰锂的路线，会推动国内动力电池正极材料向三元材料的转变，有一些国内企业开始研发三元材料加锰酸锂正极的动力电池。
“国内的三元加锰锂电池要解决安全和寿命的问题，其难度是要大于磷酸铁锂的。
”黄学杰指出，国内发展这类动力电池将会有困难的一段路要走。
对于一些动力电池企业往下游延伸发展电动汽车，黄学杰认为，这也是一种发展路径，比亚迪已经是眼前的一个好的案例了，但这并不代表其他的企业也可以模仿操作。
科学时报/2006年/11月/22日/第B02版科技成果产业化系列报道黄学杰：紧握混合电动汽车的动力核心本报记者马晓岚张文婷黄学杰，1993年毕业于荷兰Delft技术大学获博士学位，1994～1995年在德国Kiel大学做博士后，现任中国科学院物理研究所研究员，博士生导师，纳米物理于器件实验室副主任，固态离子学课题组组长。
未来汽车的动力是什么?面对石油价格的不断上涨和资源环境的恶化，业内多数人已经达成了一种共识。
即发展电动汽车。
虽然目前市场上的大多数混合电动汽车采用高功率镍氢电池作为辅助动力，但是发达国家正紧锣密鼓地开发比功率两倍于镍氢电池的锂离子电池，丰田已经抢得了先机，在一部分混合车型中引入锂离子电池。
研发并产业化成功车用锂离子动力电池是我国汽车工业发展的重大机遇，那么，国内这一技术的研发现状如何?记者近日采访了国内动力锂电池产品线投资规模最大的企业苏州星恒电源有限公司的首席科学家、中科院物理所的黄学杰研究员。
在锂离子电池上的一场“豪赌”黄学杰研究员不仅是国内锂离子动力电池研究领域的关键人物。
而且是锂离子电池行业最早的淘金者。
1988年，年仅22岁的黄学杰离研究生毕业还差一年，即来到中科院物理所锂离子电池研究项目组，除完成毕业论文的研究工作外。
业余做的第一个项目即是研制微机控制的锂电池自动充放电仪。
为“863”锂电研究项目所急需。
回忆往事，黄学杰说。
自己从20世纪80年代末就开始研究锂充电电池，但是那时受条件所限，从未想到过应用在汽车上。
直到90年代中期，因参与Ford基金有关锂动力电池材料的研究项目，逐步了解USABC的电池研究计划，意识到了车用锂离子动力电池的广阔前景，至1998年已明确认识到混合电动汽车会有巨大的市场机会，锂离子动力电池需要快速发展。
启动产业化，最难的就是“找钱”。
在这个领域，日本政府已投人超过10亿美元。
如何筹集必要的经费成为亟待解决的难题，在此之前，跑科研经费、找企业合作就已经成了他最重要的工作。
中国自行车China Bicycle 2010·5ＥＸＰＥＲＴＳＦＯＲＵＭ行家论坛●文/黄学杰锂离子电池助力电动自行车产业发展作者系中国科学院物理所研究员，苏州星恒电源有限公司首席科学家据统计，至今我国电动自行车保有量超过1.2亿辆，小小的电动自行车为解决我国的城镇交通问题做出了重大贡献，这是当初根本没有预计到的。
目前电动自行车所用电池绝大多数是铅酸蓄电池，电动自行车和车用铅蓄电池的发展相互促进，支撑了我国第一代电动自行车电池产业的发展，技术水平在此过程中得到大幅度提升的动力铅酸电池产业也推动了我国电动观光车、电动场馆车和低速电动四轮车的发展。
行业的可持续发展则寄希望于清洁、长寿命的锂离子动力电池，随着电动自行车消费层进一步扩展，轻型、时尚电动自行车已成为大中城市的重要交通工具，构成对私人汽车和公共交通的有效补充，电动两轮车的发展进入了新的时代，锂离子动力电池产业的发展为新一代电动自行车行业的发展提供了支撑。
随着休闲、运动及环保等趋势，欧洲电动自行车市场也进入了快速发展期，2009年欧盟总的销售量超过60万辆，以锂离子电池电动自行车为主，这为高性能绿色电池提供了很好的市场机会。
电动自行车产业的快速发展，使锂离子动力电池技术快速走向成熟，国际市场锂电池电动车的发展快速地拉动了行业的技术发展。
2009年配备星恒锂电池电动车作为“国礼”送给美国总统奥巴马。
52行家论坛EXPERTS FORUM中国的锂二次电池研究始于“七五”期间，早期依靠中科院和863计划对全固态锂电池和相关材料研究的支持，建立了初步的研究队伍；1991年SONY锂离子电池产品化后，我国在863计划中立项安排武汉大学、天津18所、中科院物理所等单位进行跟踪研究；在“八五”后期初步掌握了手机锂电池的关键材料和电池技术，“九五”期间中国科学院物理所、天津18所等单位分别建成了手机锂离子电池中试生产线，天津18所与天津市合作成立了天津力神电池有限公司，通过设备引进，建立了自动化程度较高的锂离子电池生产线，并成为摩托罗拉手机的电池供应商，中科院物理所组建北京星恒电源有限公司启动了锂离子动力电池及其关键材料的研发工作。
Prospect of the near future Li-ion Battery technologies for NEVs 未来几年用于新能源汽车的锂离子电池发展预测Xuejie Huang 黄学杰Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences中国科学院物理研究所2016.05.24ANL+BMW•Key electric-vehicle cell-level criteria are shown for available technology as well as future development goals. ∗Future batteries are anticipated to have larger total energy content, which then reduces the total required number of cycles. ∗∗Maximum charge currents limited by infrastructure capabilities.长续航动力锂电池研发目标☐加快关键材料中试、产业化；☐研发下一代电池技术；☐启动动力电池综合分析平台建设；☐纳米硅碳碳、富锂高电压、高温隔膜、离子液体、石墨烯等关键材料量产；☐动力电池电芯能量密度> 180 Wh/kg；模块能量密度> 150 Wh/kg☐负极、正极、电解质、隔膜性能优越，新技术锂电池大规模量产，产值>50亿☐电芯能量密度> 300 Wh/kg ，高安全性, 寿命> 2000次2020年2015年中国科学院先导计划电池研究项目目标2010已有电化学体系2015现有电化学体系2020新型电化学体系～100Wh/kg （HEV/PHEV/EV)～200Wh/kg(PHEV/EV)～300Wh/kg(EV)NCA/NCM高电压锰酸锂和富锂锰基正极材料硅碳等复合材料金属锂锰酸锂磷酸铁锂锰酸锂/镍钴锰谈材料NCM/LMO硅等添加？碳材料2010已有电化学体系2015现有电化学体系2020新型电化学体系～70Wh/kg 或以下~800W/kg (充电）～90Wh/kg~1000W/kg（充电）～120Wh/kg~1500W/kg（充电）高电压锰酸锂三元材料富锂材料复合负极材料锰酸锂磷酸铁锂锰酸锂/镍钴锰炭材料钛酸锂NCM/NCA钛酸锂炭材料磷酸铁锂2010 2015实验室水平2020产品水平国内仅有部分实验室开展相关材料研究工作国外Autolib量产锂硫电池： ～300Wh/kg 固态电解质电池~200Wh/kg 锂硫电池： ~400Wh/kg固态电解质电池：～300Wh/kg 磷酸铁锂正极PEO/LiFSI 电解质锂聚合物电池 锂硫电池硫碳复合正极液体电解质180Wh/Kg80°下工作 三元正极固体电解质固态锂电池 锂硫电池硫碳复合正极液体电解质200Wh/Kg 300Wh/Kg 60°下工作 100次寿命高容量正极新一代固体电解质固态锂电池 锂硫电池硫碳复合正极新型电解质300Wh/Kg 400Wh/Kg 60°下工作 500次寿命思路：通过电池状态的准确估计与精细管理，实现成组寿命接近单体寿命通过对电池及电池组热失控机理的解析，构建多重交叉安全保障机制与机构20152016201720182019状态估计管理成组寿命和安全同汽车标准SOC SOH 均衡从被动均衡到主动均衡从安时积分，到实车Kalman 滤波方法的实现从循环老化、静置老化到典型车用工况下老化机理从离线诊断到在线诊断、离线修正2020热管理从分立的风冷、液冷、加热到复合热管理电池组电池组性能和安全可靠性评估标准和方法安全热失控模型防护单体电池→模块→电池组的热失控分析评估全时多重交叉防护机制与机构基于模型和大数据的电池组安全性分析和预测动力电池工艺装备技术服务平台•广州中科院工业技术研究院•中科院物理所•中科院沈阳自动化所电池综合分析测试平台北京中科院物理所 M楼1.通过手套箱及样品转移系统将各类测试仪器互联；2.一站式电池材料与器件全流程全分析；3.提供原位、非原位测量；4.高水平研发、测试、诊断、失效分析平台；5.服务于研究机构、企业等，对全球开放。
黄学杰：游刃于科研与市场之间的锂电情缘黄学杰是中国科学院物理研究所的研究员，他行事不拘一格，颇有些像电视剧《亮剑》中的李云龙。
对于科研，他另辟蹊径，挑战别人眼里的不可能。
1996年，他接下了锂电池产业化的艰巨任务，成为中国锂离子电池的工业化生产的第一批推动者。
近期又带领团队开发出新一代锂动力电池及材料体系，直击动力电池行业密度、成本、充电速度等三大痛点。
对于角色转换，他敢于下海，亦舍得上岸。
2003年，他和团队与联想投资合作，成立苏州星恒，将动力电池成果应用于动力锂电生产，建立起电动自行车锂电头部企业——星恒电源。
企业走上正轨之时的2006年即默默退回了科学界，今天星恒电源已成为电动轻型车领域的知名品牌，尤其在二轮车锂离子电池领域生产份额领先。
游刃于科学研究与社会需求之间，黄学杰坦言自己希望专注研发，把一代代的电池及关键科研成果贡献给新能源行业，为能源革命出力。
为了更深入介绍他对锂电池的贡献，记者对黄学杰进行了采访。
20世纪80—90年代，照亮广袤中国乡村夜晚的，更多的是一束束手电筒发出的光，它们逐步取代了火把。
而成功实现这种转变的支撑是手电筒里面的两节电池。
本来是去中科院物理研究所进行超导材料研究的黄学杰，去之前自己也不曾想过，会跳到锂电池领域做研究并扎根于此。
黄学杰与电池结缘的故事，源于1988年中国科学技术大学三十周年校庆活动期间结识了陈立泉院士。
当时陈立泉院士的副业是超导材料研究，主业是固态锂二次电池研发。
黄学杰从做测量电池性能的计算机控制自动充放电仪开始，逐渐迷入其中，之后研究重点就转向了锂二次固态电池研究。
从超导行业跳到电池领域，他说自己也常常被人问到：“你一个科学院的科学家研究手电筒里的东西，有什么好研究的？”这完全可以理解，当时研究超导听起来比研究电池要“高大上”得多。
20世纪80年代末是超导材料研究的大时代，不少一流科学家追逐其中。
1986年缪勒和柏诺兹发现陶瓷性金属氧化物，并荣获了1987年度诺贝尔物理学奖；从1986到1987年，短短一年多的时间里，临界超导温度相继被不同国家的科学家提高了近100K 。
第29卷 第8期2010年8月中国材料进展M A T E R I A L S C H I N AV o l .29 N o .8A u g .2010收稿日期:2010-07-29通信作者:黄学杰,男,1966年生,博士,研究员锂离子电池及相关材料进展黄学杰(中国科学院物理研究所,北京100190)摘 要:新能源技术对人类社会未来可持续发展至关重要,锂离子电池可望大规模应用于电动汽车和太阳能、风能等清洁电能的储存。
电动汽车电池还面临重量、体积、寿命、安全、成本和系统可靠性等诸方面的挑战。
评述了钴酸锂、锰酸锂、三元材料和磷酸铁锂等正极材料;石墨、钛酸锂等负极材料;电解质材料和隔膜材料等的研究和应用,重点介绍了正极材料的掺杂和表面修饰改性技术。
并对电池技术的进步和新一代锂离子电池应用于电动车辆和智能电网的前景进行了展望。
关键词:锂离子电池;正极材料;掺杂;表面改性;负极材料;电解质;隔膜中图分类号:T M 911.48 文献标识码:A 文章编号:1674-3962(2010)08-0046-07L i -I o nB a t t e r y a n dI t s K e y Ma t e r i a l sH U A N GX u e j i e(I n s t i t u t e o f P h y s c i s ,C h i n e s e A c a d e m y o f S c i e n c e s ,B e i j i n g 100190,C h i n a )A b s t r a c t :N e we n e r g y t e c h n o l o g i e s a r e c r i t i c a l t ot h er e a l i z a t i o n o f e n e r g y f u t u r e t h a t i s c o m p a t i b l e w i t hs u s t a i n a b l ed e -v e l o p m e n t g o a l .L i t h i u m i o n b a t t e r y h a s v a r i o u s c o m b i n a t i o n s o f c a t h o d e a n da n o d e m a t e r i a l s .i t i s b e c o m i n g t h e k e y e n a -b l i n g t e c h n o l o g y f o r e l e c t r i cv e h i c l e s a n dt h e l a r g e s c a l e d e p l o y m e n t o f r e n e w a b l ee n e r g y s o u r c e s s u c h a s w i n d a n ds o l a r .T h e p a p e rs u m m a r i z e sL i C o O 2,L i M n 2O 4,L i N i x C o 1-x -y Mn y O 2,L i F e P O 4,c a r b o n a c e o u sa n o d em a t e r i a l s ,L i T i 5O 12,e l e c t r o l y t e s a n d s e p a r a t o r s .T h e d o p i n g a n ds u r f a c em o d i f i c a t i o n t e c h n o l o g i e s f o r c a t h o d em a t e r i a l s a r eh i g h l i g h t e d .N e w g e n e r a t i o nL i -i o nb a t t e r i e s w i l l b e s u i t a b l e f o r E V s a n ds m a r t g r i d a p p l i c a t i o n s i n t h e n e a r f u t u r e .K e y w o r d s :Li -i o nb a t t e r y ;c a t h o d e m a t e r i a l ;d o p i n g ;s u r f a c e m o d i f i c a t i o n ;a n o d e m a t e r i a l s ;e l e c t r o l y t e ;s e p a r a t o r 前 言自1990年代初日本S O N Y 公司成功将锂离子电池实现商业化后,锂离子电池在电子产品领域得到了广泛的应用。
不同于传统蓄电池,锂离子电池的材料体系非常丰富,如正极材料有钴酸锂(L i C o O 2)、锰酸锂(L i M n 2O 4)、三元材料(L i N i x C o 1-x -y M n y O 2)、以及磷酸铁锂(L i F e P O 4)等,负极材料有石墨、硬碳、钛酸锂(L i -T i 5O 12)等,相关材料组合形成了丰富的锂离子电池系列产品。
与其他传统蓄电池相比,它的比能量高、大电流放电能力强、循环寿命长,且储能效率可以达到90%以上,这些特性决定了其在新能源汽车、电能质量调节及小型分布式电站方面将具有良好的应用前景。
材料技术的进步是锂离子电池发展的基础,本文将就锂离子电池正极材料、负极材料、电解液和隔膜材料进行评述,并就车用和储能电池的现状和未来进行了评述和展望。
正极材料. 几种正极材料首先获得商业应用的锂离子电池正极材料是层状L i -C o O 2,由G o o d e n o u g h 小组于1980年首先报道[1]。
随后,层状结构的L i N i O 2[2],L i N i 1-x C o x O 2[3-4],L i N i x C o 1-2xM n x O 2[4],具有正尖晶石结构的4伏L i M n 2O 4[5],橄榄石结构的L i F e P O 4[6]逐步走向应用。
尖晶石结构的L i M n 2O 4由于具有较高的锂离子扩散系数和三维的锂子通道而成为动力电池正极的一个选择。
后来大量的研究使聚阴离子材料L i F e P O 4成为动力电池正极的首选。
L i C o O 2具有电化学性能稳定,易于合成等优点,目前仍是商品锂离子电池中应用量最大的正极材料,对应的电池产品应用于各种小型电子设备,如移动通讯、便携式录放设备、便携式电脑、数码照相机、摄像机等,我国年产即达6000t 以上。
但由于采用该材料的电池安全性与耐过充性差,加之C o 的资源稀缺,价格高,所以难以成为大容量车用和储能锂离子电池正极材料。
近来,三元材料因成本和性能优势已开始部分取代 第8期黄学杰:锂离子电池及相关材料进展L i C o O 2,如L i N i 1/3C o 1/3M n 1/3O 2就是这类三元材料的一种。
成本较L i C o O 2低,性能基本接近,甚至在有些方面还优于L i C o O 2,其比容量可以达到160m A ·h /g 以上,安全性也相对更好,可用于手机电池、动力电池等多种领域。
由于三元材料随着N i ,C o ,M n 三种元素比例的变化显示出不同的性能,所以该类材料可以衍生出多种正极材料,如L i N i 0.4C o 0.2M n 0.4O 2,L i N i 1/3C o 1/3M n 1/3O 2,L i N i 0.5C o 0.2M n 0.3O 2等,可以满足不同产品的需求,目前我国三元材料年产量已达几千t 。
尖晶石型L i x M n 2O 4成本更低,热稳定性和抗过充电性能高于L i C o O 2和L i N i x C o 1-x -y M n y O 2,具有三维隧道结构,比层间化合物更利于L i +的嵌入与脱出,适用于高功率动力电池。
缺点是高温下循环性差,贮存时容量衰减快。
为了克服此缺点,可利用其它一些金属离子部分代替M n ,减小材料表面积以降低颗粒与电解液的接触面积,还可以利用尖晶石颗粒的表面修饰改性处理,以及引入与电极兼容性更好的电解液等,也可以同时采用多种改性方法,使材料高温循环性能得到大幅度提高。
日本目前的车用动力电池以L i x M n 2O 4为主,应用于从电动自行车到日产L e a f ,三菱i -M i e V 等多种车型。
我国的L i x M n 2O 4年产量超过2000t ,主要用于低容量手机电池和电动自行车电池,少量应用于汽车电池。
L i F e P O 4等磷酸盐聚阴离子化合物具有成本低、资源丰富、结构稳定性与热稳定性高、循环寿命长等优点,使用热解碳对材料进行包覆并减小材料颗粒尺寸,倍率性能可得到明显提高,可作为高功率型电池用于各类电动车。
V a l e n c e ,P h o s t e c h ,A 123等企业的L i F e P O 4量产较早,并且V a l e n c e 和A 123都在江苏建厂。
我国L i F e P O 4的2009年产量估计达到800t 以上,台湾地区也有多家企业生产销售。
该材料具有较高的理论比容量、优良的循环性能和安全性能,业界一致看好L i F e -P O 4在车用电池领域的发展前景。
目前该材料产业化技术尚未完全成熟,材料性能和产品质量一致性问题正在提高的过程中,而且发展很快。
. 正极材料的掺杂研究掺杂是改变正极材料电化学性能的主要途径之一,有多种元素如N i [7-8],M n[9-10],M g[11-13],C r [14],A l[15-16]等被应用于L i C o O 2的掺杂。
Al 掺杂能够有效抑制C o 在4.5V 时的溶解,以及降低锂离子嵌入时c 轴和a 轴的变化。
C e d e r 等人[15]首先观察到在L i C o 1-yA l y O 2中随着A l 的掺入,脱嵌锂离子的电位升高现象,这是由于A l 3+没有3d 轨道与氧轨道杂化造成的。
而M g[11-13]在L i C o O 2中的掺杂会提高材料的电子电导率,但其高倍率充放电性能却没有相应的提高,反而有所恶化。
C .D e l m a s 等人[13]认为M g 的掺杂会在L i C o O 2中产生了C o 4+,使在M g 离子周围具有了金属性的微区,使材料电导率升高。
而在锂离子脱出时,由于导电性差的L i x C o 1-y M g y O 2区域的存在,阻碍了L i C o O 2中金属性的出现以及锂离子的扩散,从而使该材料的电导率没有随着锂离子的脱出而大幅度提高,导致材料的倍率特性变差。
