鋰離子電池的發(fā)展趨勢

1鋰離子電池的開展趨勢引言電子信息時代使對移動電源的需求快速增長。由于鋰離子電池具有高電壓、高容量的重要優(yōu)點，且循環(huán)壽命長、平安性能好，使其在便攜式電子設備、電動汽車、空間技術、國防工業(yè)等多方面具有廣闊的應用前景，成為近幾年廣為關注的研究熱點。鋰離子電池的機理一般性分析認為,鋰離子電池作為一種化學電源，指分別用兩個能可逆地嵌入與脫嵌鋰離子的化合物作為正負極構成的二次電池。當電池充電時，鋰離子從正極中脫嵌，在負極中嵌入，放電時反之。鋰離子電池是物理學、材料科學和化學等學科研究的結晶。鋰離子電池所涉及的物理機理,目前是以固體物理中嵌入物理來解釋的,嵌入〔intercalation〕是指可移動的客體粒子〔分子、原子、離子〕可逆地嵌入到具有適宜尺寸的主體晶格中的網絡空格點上。電子輸運鋰離子電池的正極和負極材料都是離子和電子的混合導體嵌入化合物。電子只能在正極和負極材料中運動。的嵌入化合物種類繁多，客體粒子可以是分子、原子或離子．在嵌入離子的同時，要求由主體結構作電荷補償，以維持電中性。電荷補償可以由主體材料能帶結構的改變來實現，電導率在嵌入前后會有變化。鋰離子電池電極材料可穩(wěn)定存在于空氣中與其這一特性息息相關。嵌入化合物只有滿足結構改變可逆并能以結構彌補電荷變化才能作為鋰離子電池電極材料?？刂其囯x子電池性能的關鍵材料——電池中正負極活性材料是這一技術的關鍵，這是國內外研究人員的共識。1正極材料的性能和一般制備方法正極中表征離子輸運性質的重要參數是化學擴散系數,通常情況下，正極活性物質中鋰離子的擴散系數都比擬低。鋰嵌入到正極材料或從正級材料中脫嵌，伴隨著晶相變化。因此，鋰離子電池的電極膜都要求很薄，一般為幾十微米的數量級。正極材料的嵌鋰化合物是鋰離子電池中鋰離子的臨時儲存容器。為了獲得較高的單體電池電壓，傾向于選擇高電勢的嵌鋰化合物。正極材料應滿足：1〕在所要求的充放電電位范圍內，具有與電解質溶液的電化學相容性；2〕溫和的電極過程動力學；3〕高度可逆性；標4〕奶全鋰總化狀守態(tài)下詞在空規(guī)氣中荷的穩(wěn)傻定性墨。忽研究但的熱堡點主猜要集盞中在是層狀記Li夕MO身2和眼尖晶項石型拜Li婚M2孟O4派結構瞞的化紐合物杠及復襲合兩縱種M慎〔M蘇為C巴o，扁Ni容，M徐n，毫V等飽過渡揀金屬搖離子爆〕的段類似宗電極且材料形上。董作為命鋰離隱子乎電池矩的正戀極她材料多，L蘆i＋祝離子學的脫絕嵌與凝嵌入派過程唱中結息構變戰(zhàn)化的柏程度諒和可瓜逆性眠決定手了奸電池鋼的穩(wěn)宵定重箭復充淋放電拒性。封正極竭材料霜制備福中，者其原爐料性世能和朗合成熄工藝盛條件伍都會辯對最耀終結糞構產匆生影渠響?；囟喾N弟有前梅途的達正極潔材料啟，都疑存在咱使用拍循環(huán)鬧過程租中電絮容量今衰減檢的情掌況，煩這是稱研究收中的與首要拌問題完。已班商品嫂化的娛正極懇材料堅有L遭i1放－x寨Co燥O2秋〔0壞<X簽<0曠．8并〕，南LI造1－易XN泳IO括2〔伯0<凍X<削0．眾8〕旦，L粘IM福NO攜2。務它們處作為燕鋰離矩子仇電池激正極糟材料林各有粗優(yōu)劣妨。科鋰鈷察氧為旋正極軍的婚鋰離紫子起電池萄具有哥開路槽電壓費高，醬比能深量大桃，循掘環(huán)壽乏命長純，能這快速濫充放逗電等糕優(yōu)點似，但妄平安浸性差唇；聾鋰鎳森氧較末鋰鈷塞氧價顯格低孫廉，康性能斬與鋰昂鈷氧嫩相當處，具怎有較捕優(yōu)秀勇的嵌佳鋰性隆能，允但制群備困四難；狡而鋰黃錳氧景價格窯更為姻低廉趟，制枯備相汗對容世易，丘而且朗其耐玻過充長平安嚴性能績好，表但其伙嵌鋰抬容量寄低，種并且手充放書電時桐尖晶扁石結述構不助穩(wěn)定警。從替應用殘前景額來看絹，尋瓶求哨資源坊豐富簽、價齒廉、已無公趣害，飽還有漲在過毅充電楊時對遇電壓敲控制灘和電辛路保刺護的炭要求莖較低專等優(yōu)事點的春，高野性能勝的正紗極劑材料仆將是策鋰離襲子撤電池喚正極刷材料該研究碑的重王點。盞國外袋有報金道L甜IV令O2畫亦能律形成斑層狀柳化合士物，妻可作柿為正艙極電典極毛材料軍。從桌這些興報道毀看出游，雖票然電拒極拐材料恩化學曬組成墊相同國，但帶制備休工藝圣發(fā)生潮變化晉后，秀其性勇能改傭變較押多。洞成功電的商施品化璃電極冰材料而在制酷備工闊藝上截都有壤其獨鈔到之眾處，回這是討國內偶目前備研究士的差執(zhí)距所恥在。闊各種手制備蔽方法噴優(yōu)缺債點列吩舉如域下。漠<迫FO糞NT何>汁1〕勾固相役法一泊般選漢用碳佳酸鋰條等鋰儲鹽和錫鈷化鞠合物勤或鎳央化合壯物研閉磨混群合后坡，進械行燒鈴結反己應。魚此方間法優(yōu)懸點是域工藝惑流程梨簡單抽，原洽料易型得，商屬于艇鋰離劉子飾電池絞開展襖初期隆被廣旋泛研心究開微發(fā)生慨產的遺方法臉，國腐外技心術較伶成熟間；缺忍點是破所制完得正認極算材料押電容森量有里限，妹原料墊混合禁均勻暫性差抵，制詞備騾材料傘的性虧能穩(wěn)寇定性漂不好噸，批貞次與忽批次趨之間眨質量箱一致財性差義。泥2〕表絡合肺物法潔用有前機絡拋合物洋先制找備含暖鋰離索子歉和鈷合或釩炸離子淺的絡詠合物選前驅譽體，降再燒汽結制軌備。異該方大法的自優(yōu)點送是分采子規(guī)蚊模混脆合，疤材料妨均勻抄性和伙性能自穩(wěn)定酷性好寨，正設極派材料蝦電容稈量比挽固相湖法高獵，國盡外已桿試驗椒用作槍鋰離遞子些電池蓮的工貸業(yè)化套方法狂，技謎術并倒未成宇熟，保國內啊目前瑞還鮮樓有報濫道。希3〕慚溶膠橫凝膠贊法利汽用上認世紀原70胡年代肝開展柔起躬來的尖制備盲超微擊粒子質的方陶法，慧制備扯正極益材料遵，該掃方法溜具備蔥了絡胡合物念法的約優(yōu)點隙，而渴且制港備出雷的電病極烈材料絮電容畢量有攝較大平的提注高，戴屬于瓜正在刺國內挽外迅芬速發(fā)悼展的沸一種廈方法負。缺瞧點是耍本錢帆較高祖，技夏術還蠢屬于芽開發(fā)俱階段稀。王4〕淚離子鞏交換展法A將rm憂st尚ro借ng挖等用書離子靠交換護法制填備的之Li孫Mn茫O2骨，獲漢得了摘可逆狗放電及容量厭達2傍70圓mA斬·h怎/g劈高值眼，此斷方法逼成為桶研究鹿的新升熱點嗓，它械具有鈴所制汁電極登性能腦穩(wěn)定直，電殖容量棋高的傾特點青。但甜過程銜涉及詠溶液留重結搜晶蒸展發(fā)等學費能娘費時室步驟蹦，距訪離實移用化己還有芽相當疫距離同。擇正極靜材料爺的研抽究從首國外靜文獻島可看寫出,全其電圍容量亡以每甜年3態(tài)0～鋪50辱mA盈·h籍/g裁的速核度在咽增長芽，發(fā)剛展趨丘向于委微結學構尺敏度越趕來越棵小，占而電際容量沿越來喜越大宗的嵌個鋰化物合物藏，原程材料店尺度況向納往米級去挺進蜘，關潮于嵌仍鋰化披合物棄結構亞的理盾論研放究已驢取得蝴一定布進展憑，但叼其發(fā)般展理梯論還新在不燃斷變移化中鏈。困沒擾這礦一領車域的灰鋰沒電池臥電容爆量提眨高和紗循環(huán)糟容量雹衰減踏的問粥題，黎已有素研究肆者提嫂出添壁加其虎它組臣分來聞克服鵲的方芒法。讓但就持目前梯而言民，這波些方響法的桑理論器機理描并未些研究掃清楚或，導漿致日期本學牌者Y五os捧hi潑o.遞Ni巖sh類i認詢?yōu)?，劑過去插十年貼以來便在這訓一領偵域實雹質進窄展不正大[鮮1]頌，急衡須進銷一步醉地研環(huán)究。腐2筆負極豆材料潤的性扇能和唉一般諒制備筍方法戶負極隔材料旗的電鑒導率蹄一般拍都較賣高，禮那么選燃擇電稀位盡犧可能釋接近交鋰電好位的甩可嵌宅入鋰宵的化脈合物慰，如夸各種仰碳彈材料虛和金請屬氧絞化物夜。可釘逆地底嵌入須脫嵌敞鋰離哥子救的堡負極霉材料踏要求碑具有泳：飄1〕款在急鋰離模子蠅的嵌夫入反臺應中控自由注能變非化小牢；握2〕敢鋰離搜子墳在負猶極的討固態(tài)徹結構疫中有追高的隙擴散毅率；火3〕廢高度程可逆欺的嵌嘆入反蹲應；擺4〕象有良菌好的建電導遮率；尺5〕袖熱力灶學上雜穩(wěn)定會，同冠時與釋電解繪質不棕發(fā)生齡反響輔。挽研究遍工作林主要辨集中跳在碳碎材料堪和具佩有特駝殊結淺構的蛇其它升金屬典氧化砍物。用石墨紀、軟悶碳、通中相漸碳微伴球已私在國障內有賓開發(fā)愿和研牌究，滴硬碳達、碳辭納米秒管、贊巴基權球C怨60版等多掉種碳誤材料國正在律被研揉究中斑。日選本H鳴on本da物R敗es時ea歪rc筍ha合nd雀D屑ev舌el墊op說me本nt暮C鞏o．階，L慨td謊的K資．S固at耳o等擠人利喘用聚喜對苯櫻撐乙信烯〔蹄Po逢ly遇pa跟ra掛ph吉en究yl莖en雜e—車—P幕PP嬸〕的捏熱解蓮產物竿PP久P－滴70董0〔源以一砍定的盟加熱涌速度交加熱年PP斧P至找70籌0棵℃械，并吳保溫凈一定塊時間工得到少的熱導解產朗物〕銅作為乘負極遮，可奮逆容丸量高縮達6捆80際mA肯·h坊/g遵。美送國M尖IT御的M基JM婦at攀th霉ew洽s報傘道P訴PP脈－7鉤00侍儲鋰牽容量陳〔S床to混ra茄ge扶ca燃pa恨ci它ty疾〕可尊達1頌17雕0m痰A·襯h/泡g。童假設儲趴鋰容容量為齡11桃70齒mA禾·h融/g穗，隨館著鋰經嵌入避量的捐增加局，進忌而提竊高殲鋰離截子還電池艱性能賢，筆鄭者認敬為今亡后研他究將險集中跟于更桿小的賞納米桑尺度敲的嵌始鋰微熔結構必。幾是乎與曬研究文碳負脫極同間時，睜尋找廊電位狼與L曲i＋奶／L扭i電布位相他近的壁其他霧負極徐材料妙的工撇作一拆直受味到重亮視。尿鋰離東子笨電池曬中所碌用碳訂材料釋尚存罷在兩而方面謠的問悟題：穿1〕斜電壓賠滯后茅，即抱鋰的田嵌入伶反響即在0怎～0付．2婆5V匆之間策進行威〔相堂對于頂Li羞＋／桑Li屯〕而焦脫嵌次反響亦那么在現1V中左右桶發(fā)生材；絡2〕顛循環(huán)雀容量腫逐漸變下降域，一織般經言過1五2～穴20忠次循唱環(huán)后素，容扎量降假設至4奧00格～5溉00書mA岔·h絲/g糾。鐘理論盟上的霧進一拌步深燈化還壟有賴剪于各爬種高敞純度榴、結連構規(guī)券整的遮原料擺及碳否材料現的制噸備和爐更為萌有效掃的結城構表漂征方言法的溉建立浸。日創(chuàng)本富誘士公允司開休發(fā)出三了蠢鋰離奏子仍電池遷新型臥錫復淋合氧窗化物惰基負騾極訓材料斃，除絹此之其外，翁已有你的研冷究主男要集旬中于擊一些摧金屬啊氧化彎物，昏其質猛量比世能量痛較碳倚負極崖材料偽大大權提高胡。如槍Sn心O2托，W扁O2侵，M捷oO決2，犬VO陸2，芹Ti騙O2愿，L葉ix攜Fe狹2O堪3，新Li說4T懲i5尾O1士2，凈Li走4M老n5客O1漆2等鴿[2析4]物，但分不如世碳電掘極成樓熟。興鋰在帶碳忙材料甩中的聞可逆鵝高儲饑存機說理主名要有厚鋰分耳子L領i2孔形成坡機理標、多淺層鋰孫機理諸、晶落格點肆陣機敏理、競彈性確球－園彈性抓網模扔型、紡層－植邊端夠－表羽面儲越鋰機尚理、熱納米磨級石油墨儲縱鋰機暮理、箭碳－絨鋰－披氫機屑理和證微孔閱儲鋰江機理欄。石或墨，敵作為聽碳盆材料未中的起一種策，早屆就被佛發(fā)現裙它能斃與鋰騎形成汁石墨尺嵌入電化合死物〔裁Gr窗ap儲hi煙te核I正nt懇er熱ca篇la豎ti趁on蝦C歡om矛po溉un還ds屋〕L轉iC迎6，歲但這薦些理嬌論還趕處于井開展房階段慢。負部極煙材料擦要克條服的肺困難豬也是牛一個潔容量殖循環(huán)再衰減矮的問竟題，鋒但從透文獻騎可知聾，制幻備高衰純度原和規(guī)桿整的羅微結疊構碳種負極獲材料貝是發(fā)卸展的廚一個動方向調。北一般艙制備大負極窯材料喚的方哀法可瞞綜述據如下聚。溫1〕副在一懼定高那么溫下準加熱喪軟碳唇得到榴高度征石墨并化的幸碳；混嵌鋰處石墨所離子棚型化攀合物困分子豆式為駛Li咸C6透，其暢中的哪鋰離堪子鏈在石退墨中根嵌入噸和脫榮嵌過籃程動周態(tài)變滑化，革石墨切結構徒與電斃化學畫性能狂的關月系，高不可鏈逆電亮容量所損失槐原因購和提禿高方腸法等僵問題聰，都澇得到描眾多中研究患者的寨探討蕉。2查〕將良具有們特殊屈結構掏的交贈聯(lián)樹府脂在紹高溫婚下分分解得萄到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