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锂离子电池富锂层状正极材料的研究现状

开题报告. 锂离子电池富锂层状正极材料的研究现状. 基础研发中心 · 正极组 孟海星 2012-0 7 - 22. 主要内容. Ⅰ.选题的意义及依据 Ⅱ. 国内外研究现状 Ⅲ. 本课题着重研究的内容及目的 Ⅳ. 研究方案. 选题的意义及依据.

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锂离子电池富锂层状正极材料的研究现状

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Presentation Transcript

  1. 开题报告 锂离子电池富锂层状正极材料的研究现状 基础研发中心·正极组 孟海星 2012-07-22

  2. 主要内容 Ⅰ.选题的意义及依据 Ⅱ. 国内外研究现状 Ⅲ. 本课题着重研究的内容及目的 Ⅳ. 研究方案

  3. 选题的意义及依据 目前，大中型电动工具、储能电站、电动车、智能电网等应用对锂离子电池的安全性、能量密度、功率密度、循环寿命、价格、环境友好等方面都提出了更高要求，而锂离子电池负极材料的比容量通常在300 mAh / g以上，而正极材料的比容量则始终徘徊在150 mAh / g左右，远不能满足高比能锂离子电池对正极材料的性能要求。因此，正极材料成为锂离子电池性能进一步提高的瓶颈。 富锂正极层状材料料Li1 + xM1－x O2(M=Co，Ni，Mn 等多种金属原子的组合)，理论比容量可达300 mAh / g，且实际容量大于200mAh / g，成为发展高能量密度的候选正极材料，引起了人们的关注。

  4. 国内外研究现状 目前国内外对该材料的研究主要集中在以下几个方面： 优化材料中各种元素的配比； 材料表面包覆； 电化学预处理； 酸处理 掺杂；

  5. 优化材料中各种元素的配比 Tang等采用传统的固相反应研究了不同X值材料Li1+x(Mn0.533Ni0.233Co0.233)1−xO2的性能，认为当X=0.09时材料的性能较好，初始放电容量250mAh/g。

  6. continue 可以看出当X值增加时，颗粒大小差不多，但是随着值的增加颗粒出现团聚，导致材料的倍率性能下降，图中的充放电曲线充分证明x=0.09为最佳值

  7. continue Wang等采用共沉淀法研究了不同X值材料Li1+xNi1/6Co1/6Mn4/6O2.25+x/2的性能，认为当X=0.3时材料的性能较好。初始放电容量可达288mAh/g.

  8. continue 由SEM图可知当X ≦0.3时颗粒大小几乎相同，而当X ≧0.4时，颗粒出现了团聚，致使材料导离子能力下降；另外，材料中，随着X的增加材料中阳离子特别是镍和锂的混排程度减小，可认为X的值与材料颗粒半径及材料阳离子混排程度有关。

  9. 材料表面包覆 采用包覆手段可以提高材料的循环性能及材料的大电流充放电性能，但是传统的包覆主要采用非电化学活性物质（ZrO2, TiO2, AlPO4等）来进行，虽然这些物质提高了材料的循环性能，却是以牺牲材料的容量的代价的，Liu等采用LiCoPO4来包覆Li1.2Ni0.18Mn0.59Co0.03O2取得了较好的效果。 分析可知，材料经过活性物质的包覆后，电化学性能显著提高，但是材料初始比容量较未包覆前有所减小，这可能是由于LiCoPO4理论容量较小的缘故。

  10. continue Shi等采用碳包覆Li1.048Mn0.381Ni0.286Co0.286O2也取得了较好的效果。但是采用磁控溅射法进行包覆难以推广使用。 由右图可以看出材料经过碳包覆后，循环性能有所改善，归功于碳包覆后优化了材料的SEI膜，且提高了材料的导电性能，但是由于采用了磁控溅射法限制了商业化应用。

  11. 掺杂 对材料的掺杂一般指掺杂其他过过渡金属元素或用氟来部分取代氧来对材料进行改性。Kang 等借鉴以往Kubo 等对LiMn2O4 和Naghash 等对Li( Ni，Co) O2进行F 掺杂改性的方法，对Li[Li0.2 Ni0.15 Co0.1 Mn0.55]O2进行F 掺杂改性。掺杂后的电极材料在室温下经过40 次循环后，容量几乎无衰减，而未掺杂的容量保持率则仅有79%。

  12. 电化学预处理 Atsushi Ito等采用电化学预处理法对材料Li[Ni0.17Li0.2Co0.07Mn0.56]O2进行了预处理得到了较好的效果。初始容量达到了275mAh/g. 由TEM图可知，经过电化学处理后材料表面没有微观上的裂纹，使材料的循环性能得到了很大的改善。

  13. 酸处理 Thackeray 等研究发现，在0.1 mol /L 的HNO3溶液( pH = 1) 中浸泡富锂电极材料可以将其首周库伦效率提高至近100% ，但材料的循环性能变得更差。酸处理可以提高富锂材料的首次库伦效率，但酸处理破坏了富锂材料的表面结构，因为经过酸处理将发生以下反应： Li［Li1 /3Mn2 /3］O2 + H+→ Li+ + H［Li1 /3Mn2 /3］O2 致使循环性能变差。因此酸处理可能并不是一种 有效地改性方法。

  14. 本课题着重研究的内容及目的 针对目前国内外研究，仍有以下两方面需要继续研究改进： 材料在首次循环中的失氧现象； 倍率有待进一步提高 上述两方面问题研究有重大的意义，尤其材料的失氧不仅造成了材料首次IRC增大，而且给电池的安全带来了隐患。我们期望通过在现有的实验条件下改善材料的电化学性能，尤其是上述两方面问题。

  15. 酸处理 Thackeray 等研究发现，在0.1 mol /L 的HNO3溶液( pH = 1) 中浸泡富锂电极材料可以将其首周库伦效率提高至近100% ，但材料的循环性能变得更差。酸处理可以提高富锂材料的首次库伦效率，但酸处理破坏了富锂材料的表面结构，因为经过酸处理将发生以下反应： Li［Li1 /3Mn2 /3］O2 + H+→ Li+ + H［Li1 /3Mn2 /3］O2 致使循环性能变差。因此酸处理可能并不是一种 有效地改性方法。

  16. Thank you for your attention! Q & A

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