- 上一篇：含萘基的磺化聚芳醚酮质子交换膜的制备及表征
- 下一篇：金属表面脱漆剂的研究
4. 结论 25
5. 展望 26
致谢 27
参考文献 28
1.绪论
1.1 研目的及意义
在资源短缺的巨大关注下，在众多为实现可靠储能系统的努力中，应用锂离子电池是一种实用的方式。作为锂离子电池的一个重要部分，高功率密度，高能量密度和低成本的阴极材料需求旺盛！
锂离子电池体积比容量高将成为一种较为理想的动力电池，但目前商品化的锂离子电池都采用钴酸锂作为正极材料，由于钴资源比较贫乏价格昂贵，对环境会造成污染，因而不适用于动力电池；尖晶石锰酸锂的安全按性能好，但其高温循环性能很差，且比容量较低；磷酸亚铁锂安全性能好，但它的导电性能差、体积比容量低、制备过程要求严格。因此能找到一种体积比容量高、高低温循环性能良好、安全性能好、制备成本低廉且对环境友好的正极材料，将对锂离子电池在动力汽车中的发展和应用都起到很大的推动作用。因此本章就锂电池的原理、特点和应用、正极材料的种类及发展趋势进行综述，并在此基础上引出本论文的研究内容和选题的意义。
在这样的需求推动下，锂和富锰（LMR）层状正极因为他们在容量方面巨大的优势，吸引了大量的研究。据较早的文献报道，当Li2MnO3存在于高于4.5V的激活电压下，LMR阴极可以提供一个超过250mAh/g的放电比容量。LMR高锰阴极不仅降低了商业生产成本，而且还提高了电池的环境兼容性。此外，有报道在超过250℃时，富锂材料会发生热分解，显示了LMR材料良好的热稳定性。其成本和稳定性方面的优点，扩大了LMR材料在插电式混合动力电动汽车产业的的使用（PHEV）。尽管有这些优势，但是，很多包括不良率和循环性能在内的挑战，与LMR阴极制备相关，尚未有效地解决。[1]
1.2. 研究背景
1.2.1 锂离子电池的特点和应用
锂离子电池是在锂二次电池研究的基础上发展起来的一种高性能电池。具有能量密度大、工作电压高、自放电率小、循环寿命长、无记忆效应、低污染等优异性能，具体表现为以下几点：第一，锂离子二次电池的工作电压高；第二，锂离子电池的能量密度比镍镉电池、镍氢电池大得多，它的比能量已提高至120Wh/Kg，而且锂离子电池还有进一步提高的潜力；第三，由于采用非水有机溶剂做电解质，锂离子电池的自放电率小；第四，不含铅等有害物质，对环境友好；第五，无记忆效应；第六，循环寿命长。
由于锂离子电池与铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池等二次电池相比，具有以上的优点，自世纪年代初商品化以来，获得迅猛的发展，在各种领域不断取代镍镉、镍氢电池，因而锂离子电池将在化学电源应用领域中最具竞争力。目前，锂离子电池已广泛应用于各种便携式电子设备中，例如：笔记本电脑、移动电话、手提终端机、个人数据助理、数字相机、无线装置等；锂离子电池在军事装备中的使用，如声呐干扰器、鱼雷等水中兵器电源、特种兵保障系统电源、微型无人驾驶侦察机动力电源等。锂离子电池还在空间技术、医疗技术等众多领域有着广阔的应用前景。[2]
1.2.2 锂离子电池概述
正极作为锂离子电池的一部分，正极材料的性能一直是提高锂离子电池性能的重要因素。为了进一步提高锂离子电池的性能，不断有新的正极材料被研究和应用。正极材料主要分为以下几类：层状氧化物，层状多金属氧化物，复合层状氧化物，聚阴离子型化合物等。层状过渡金属氧化物作为锂离子电池正极材料主要有LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2等。其组成为(a-NaFeO2)层状岩盐结构。复合层状氧化物是综合了LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2的优点主要有LiCo1/5Ni2/5Mn1/5O2、LiCo1/8Ni1/8Mn6/8O4、LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2等。其它氧化物正极材料中V2O5较为典型。Whittingham在1975年首次报道了常温下V2O5可逆嵌锂电化学行为。尖晶石型正极材料种类繁多，其中以LiMn2O4最为代表性。尖晶石型LiMn2O4。其中的[Mn2O4]骨架是一个有利于Li+扩散的四面体与八面体共面的三维网络。聚阴离子正极材料通式为LiM(XO4)y(M为Fe、Co、Mn、Ni、V等，X为S、P、As、Mo、W等)。相对于层状结构的正极材料来说，聚阴离子材料拥有较大的阴离子，在晶格中起到支撑作用，使锂离子在嵌入和脱出时保持材料结构的稳定。而且我们可以通过调节聚阴离子中的M-O-X键来调节过度金属M在电极材料中的标准电极电势[3]。现在出现的聚阴离子型化合物主要有橄榄石型的LiFePO4、LiMnPO4和LiCoPO4；钒的磷酸盐Li3V2(PO4)3；硅酸盐Li2MSiO4(M=Mn，Fe)；氟磷酸盐A2MPO4F(A=Na，Li；M=Fe，Mn，Co，Ni)；氟硫酸盐(LiFeSO4F和NaFeSO4F)等。其中LiFePO4材料的综合性能在同类电极材料中最好，是目前研究最多并已投入大规模生产和应用。