電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
1、正極（2）
在正極材料部分，目前市面上一般是鋰鈷(LiCoO2)、鋰鎳(LiNiO2)及鋰錳(LiMn204)三種較為常見，其中以鋰鈷電池性能較好,但價格是這三者中最貴的，而鋰鎳電池的性能較鋰鈷電池略差一點且價格也較為便宜，至于鋰錳電池其電池性能是三者中最差的但價格卻是最便宜的。
在結構方面，鋰鈷氧化物和鋰鎳氧化物具有極為相同的構造，均可視為類似α-NaFeO2的層狀結構，而鋰錳氧化物則是類似尖晶石構造。由于三種鋰金屬氧化物構造的不同，具有尖晶石構造的鋰錳氧化物在充放電下的結構安定性較佳，大的放電速率與放電深度下最為穩定，較不易崩潰而使結構萌生變化。
從上表可以看出這三種鋰金屬氧化物的特性各有優缺點，鋰鈷氧化物最為普遍且制造容易，但是原料蘊藏量最少，卻是目前商品化電池主要所使用的正極材料。雖然鋰鎳氧化物的重量能量密度最高，但是其安全性一直無法尋得適當的處理，因此尚未普及化及商業化。鋰錳氧化物的價格是最便宜的，蘊藏量也最豐富，若能克服較低的能量密度及高溫之熱穩定性兩個主要問題，可能是將來鋰電池最可能被大量采用的正極材料。
1、正極（3）
①鋰鈷氧化物的制備
最常見的制法是筆直以鋰的碳酸鹽和鈷的碳酸鹽類或鈷的氧化物混合后，在空氣中將溫度加熱至850℃鍛燒20小時：
Li2CO3+Co2O32LiCoO2+CO2
鈷酸鋰為層狀結構，比容量：約140mAh/g，其嵌鋰電位高，放電平穩，循環性能好。
鈷酸鋰主要問題：
定A、比容量偏低
B、Co資源匱乏（約1000萬噸），價格高
因此，開發價格低廉、比容量高、穩定性及循環性好的正極材料替代鈷酸鋰是正極材料開發的目標。
1、正極（4）
②鋰鎳氧化物的制備（1）
它的合成辦法可以由LiOH、Li2CO3、Ni(OH)2、NiCO3及NiO來制備。一般有兩種制造辦法：
A、固態燒結法：將上述的鋰和鎳的化合物混合，在約750℃的溫度下通入空氣燒結而成
B、溶液法：是將鋰化合物溶在鎳的溶液中，經干燥鍛燒即可合成
鎳酸鋰為層狀結構，其比容量：160至200mAh/g，均勻嵌鋰電位約為3.8V（VS.Li+/Li）
鎳酸鋰主要優勢：
A、比容量高
B、價格較低廉，僅為LiCoO2的1/3
鎳酸鋰存在的問題：
A、大電流充放能力差
B、穩定性差，存在安全隱患
1、正極（4）
②鋰鎳氧化物的制備（2）
攙雜其它金屬離子LiNi1-xMxO2，是提高鎳酸鋰性能的可行性措施。
此主題相關圖片如下：
screen.width-333)this.width=screen.width-333"border=0>
1、正極（4）
②鋰鎳氧化物的制備（3）
LiNi0.8Co0.2O2（鎳鈷固熔體），為層狀結構，比容量：180至190mAh/g，循環性能好，結構穩定，是最具有使用前景的正極材料。
此主題相關圖片如下：
screen.width-333)this.width=screen.width-333"border=0>
、正極（5）
③鋰錳氧化物（1）
LiMn204在天然界中蘊藏量比起LiCoO2和LiNiO2的含量算是相當豐富了，因此只要經過適當的解決便可以得到。但一般要得到較純的LiMn204常以兩種辦法來制備：
A、固態法：混合MnO2及鋰化合物，在適當溫度鍛燒而成
B、溶液法：將鋰鹽及錳鹽溶于水中，控制pH值使之完全溶解或形成凝膠，再利用噴霧干燥或筆直鍛燒形成。
尖晶石LiMn2O4（錳酸鋰）的優勢：
A、資源豐富（約50億噸）、廉價、材料成本約為LiCoO2的1/10
B、耐過充性能及電池安全性能好
尖晶石LiMn2O4（錳酸鋰）的問題：
A、環性差（特別在45℃以上的高溫下）：錳的溶解、流失
B、比容量低：約120mAh/g
改善LiMn2O4的循環性：
① A、摻雜金屬離子如Cr、Al、Ni等--LiMn2-xMxO2
B、合成富鋰的錳鋰氧化物——Li1+δMn2-δO4
1、正極（5）
③鋰錳氧化物（2）
此主題相關圖片如下：
screen.width-333)this.width=screen.width-333"border=0>
1、正極（5）
③鋰錳氧化物（3）
尖晶石錳系材料雖然具有價格低廉這一優點，但由于比容量太低，因此在小型商品化鋰電池中很難獲得使用（僅NEC采用），但有可能在更留意成本及安全性考慮的動力電池中得到使用。
此主題相關圖片如下：
screen.width-333)this.width=screen.width-333"border=0>
正極（6）
④層狀LiMnO2
其均勻嵌鋰電位：3.0V，比容量：約200mAh/g，層狀LiMnO2的循環性較差，主要原由是循環過程中，發生向尖晶石結構的轉相。通過摻雜其它金屬離子可以穩定起結構，從而提高循環性能。例如：LiMn0.95Cr0.05O2（190mAh/g），LiCoyMn（1-y）O2（y=0.1-0.3）（200mAh/g）盡管比容量較高，但嵌鋰電位偏低，其使用前景并不樂觀。
此主題相關圖片如下：
screen.width-333)this.width=screen.width-333"border=0>
1、正極（7）
⑤LiFepO4（1）
為橄欖石型結構，其均勻放電電壓：約3.4V，比容量：約130mAh/g（理論比容量170mAh/g），循環性能較好。突出的優勢是廉價，存在的問題是大電流放電能力差，放電電壓平臺偏低。
此主題相關圖片如下：
screen.width-333)this.width=screen.width-333"border=0>
正極（7）
⑤LiFepO4（2）
突出的優勢是廉價，存在的問題是大電流放電能力差，放電電壓平臺偏低。
此主題相關圖片如下：
screen.width-333)this.width=screen.width-333"border=0>
1、正極（7）-材料研究進展
要求：
①嵌鋰反應Gibbs自由能較負→高嵌鋰電位
②分子量小、嵌鋰量大→高比容量
③鋰的擴散系數較大→高功率密度
④嵌脫鋰過程中材料結構變化較小→長循環壽命
⑤材料制備簡單→易實現工業化加工
⑥化學穩定性好、無毒、廉價。
聲明： 本站所發布文章部分圖片和內容自于互聯網，如有侵權請聯系刪除
