鋰電池正極材料主要有什么組成成分
鋰電正極材料的主要性能指標(biāo)包括：化學(xué)成分、晶體結(jié)構(gòu)、粒度分布、振實(shí)密度、比表面積、PH值、首次放電比容量、首次充放電效率、循環(huán)壽命等。鋰離子電池的性能取決于電池內(nèi)部材料的結(jié)構(gòu)和性能，而正極材料的性能更直接決定著電池的性能，因此，鋰離子電池的正極材料必須滿足基本的性能要求，如正極材料的性能和價(jià)格等，是鋰離子電池進(jìn)一步向高能量、長壽命和低成本方向發(fā)展的瓶頸。
一般而言，正極材料應(yīng)滿足下列要求：
a、高嵌鋰，高脫鋰電勢。確保電池的L作電壓較高;
b、嵌、脫鋰容量較大，以保證電池的高比容量和比能量
c、在所要求的充、放電電位范圍內(nèi)，具有良好的電解質(zhì)相容性;
d、電極過程動(dòng)力學(xué)溫和;
e、嵌、脫鋰可逆;
f、全鋰化狀態(tài)下空氣穩(wěn)定性良好;
g、原料便宜易得;
h、制備工藝簡單。當(dāng)前，在生產(chǎn)實(shí)踐和科研工作中，出現(xiàn)了許多鋰離子電池正極材料，根據(jù)材料的化學(xué)成分進(jìn)行了分類。
在鋰離子電池中，正極材料主要有過渡金屬嵌態(tài)氧化物、金屬氧化物、金屬硫化物等，而商用鋰離子電池僅采用過渡金屬嵌態(tài)氧化物，其中，過渡金屬嵌態(tài)氧化物是鋰離子電池最關(guān)鍵的核心材料，是決定鋰電池應(yīng)用方向的基礎(chǔ)。正極是鋰電池的核心部件，正極質(zhì)量直接影響電池的性能。鋰離子電池中的正極材料均為氧化物鋰，一般鋰含量較高，容量較大。過渡金屬嵌狀氧化物是目前用于商用鋰離子電池的正極材料，在此著重介紹這類材料。
過渡性金屬嵌鋰氧化物：LiCoO2是最常用的正極材料，它屬于a-NaFe()結(jié)構(gòu)，工作電壓為3.5-4.2V，理論比容量為274mA.h/g，正常充放電時(shí)鋰的利用率為55°-60%1211，合成方法是將鋰源(例如L12CO3)和鈷源(例如COCO3)按摩爾比1:1混合，在空氣中灼燒700-850℃[22]。為了使LiCoO2具有更好的電化學(xué)性能，一般添加少量Ni,Al,In等元素制備的復(fù)合LiCoO2,1,iCoO2，可逆性，放電容量，充放電效率，工作電壓及穩(wěn)定性等電化學(xué)性能都非常優(yōu)異，自1990年進(jìn)入市場以來，LiCoO2作為鋰離子電池的正極材料一直處于壟斷地位。但是，由于自然界缺乏鈷，LiCo2價(jià)格昂貴，因此，為了大大降低單體電池的成本，LiNiO2,I,iMn2O4,LiFel'O4,LiFel'O4等多種過渡金屬的嵌鋰化合物不斷涌現(xiàn)。
二氧化鎳是研究較多的層狀化合物，在二氧化鎳之后，鎳與鈷的性質(zhì)相似，且價(jià)格比鈷便宜，二氧化鈷的電壓范圍為2.5-4.1V，理論比容量為274mA.h/g，而實(shí)際最大容量約為200mA.h/g。該材料對電解液成分無禮，不污染環(huán)境，自放電率低，不存在過度充電、過度放電的限制，資源相對一1刁富，價(jià)格適中。法國SAFT和加拿大Moli能源公司最近幾年一直將LiNiO2用作商用鋰離子電池的正極材料，這是一種很有前途的替代LiCoO2的正極材料。合成LiNiO2通常是通過700-850'C的鋰鹽與鎳鹽混合，通過固態(tài)反應(yīng)制備，并摻入其他元素(如Co,Mn,Ga等)進(jìn)一步改善其電化學(xué)性能。然而，LiNiO2在制備過程中存在著一些問題，主要是LiNio2的組分成分變化較小，其結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性質(zhì)便會(huì)產(chǎn)生明顯的差異，例如，制備一種三方晶系的LiNiO2，當(dāng)iNiO2形成立方晶系時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生LiNiO2，而立方，易系的LiNiO2則沒有電化學(xué)活性。在儲(chǔ)存過程中，LiNi()2很容易分解，放置幾個(gè)月后，電化學(xué)性能會(huì)發(fā)生顯著變化，不僅如此，LiNiO2在脫電池和嵌視式電池中形成LiNiO2，可在高益度條件下釋放氧，導(dǎo)致電池安全問題。就此方面而言，LiNiO2的實(shí)際應(yīng)用也受到了諸多限制。
鋰電正極材料系列。
一、氧化鋰鈷。
鋰-鈷氧化物是現(xiàn)階段商業(yè)化鋰離子電池中應(yīng)用最廣泛最成功的正極材料。它具有良好的可逆性、放電容量、充放電效率和電壓穩(wěn)定性。
二、鋰-鎳氧化物。
LiNiO2是一種立方巖鹽結(jié)構(gòu)，與LiCoO2相同，但是它的價(jià)格比LiCoO2低。理論容量為276mAh/g，實(shí)際比容為140~180mAh/g，工作電壓范圍為2.5V~4.2V，無過充、過放限制，高溫穩(wěn)定性好，自放電率低，無污染。
三、鋰錳氧化物
由于我國錳資源豐富，又無毒害，污染少，所以層狀結(jié)構(gòu)的LiMnO2和尖晶石型LiMn2O4均是目前研究的熱點(diǎn)。鋰錳礦中主要有層狀的LiMnO2和尖晶石型的LiMn2O4。二氧化二鋁屬正交晶系，具有巖鹽結(jié)構(gòu)，氧原子分布為扭轉(zhuǎn)四方密堆結(jié)構(gòu)，其空間點(diǎn)群為Pmnm，理論比容量達(dá)到286mAh/g，充放電范圍在2.5~4.3V之間，是較有發(fā)展前途的正極材料。
