锂离子电池正极材料三元材料
锂离子电池正极材料 ——三元材料
概述结构制备方法性能测试修饰改性2
概述 结构 制备方法 性能测试 修饰改性 2
概述近年来，为应对汽车工业迅猛发展带来的诸如环境污染、石油资源急剧消耗等负面影响，各国都在积极开展采用清洁能源的电动汽车EV以及混合动力电动车HEV的研究。其中作为车载动力的动力电池成为EV和HEV发展的主要瓶颈电动汽车虽不能解决能源短缺的问题，但是能够解决环境污染的问题（雾霾）。3
概 述 • 近年来，为应对汽车工业迅猛发展带来的诸如环境污染、石油资源急 剧消耗等负面影响，各国都在积极开展采用清洁能源的电动汽车EV以 及混合动力电动车HEV的研究。其中作为车载动力的动力电池成为EV 和HEV发展的主要瓶颈。 • 电动汽车虽不能解决能源短缺的问题，但是能够解决环境污染的问题 （雾霾）。 3
概述锂离子电池发展的驱动力和发展方向自前电动汽车的一次充电行驶距离自前受制于电池的性能，尤其是电池能量密度的提高续航里程续航里程：250Km;>400Km150Wh/kg>250Wh/kg高比能量方向近中期中长期250-400Wh/Kg500-700Wh/Kg新型锂电池体系发展高比能锂离子电池现有电池材料体系无法满足需求！（锂-硫/空气电池）4其中正极材料是提升能量密度的关键金属锂负极的应用
概 述 4
概述磷酸铁锂尖晶石锰酸锂钴酸锂传统正极材料锰资源丰富、廉安全性好、成本低LiCo02价、成本低；耐无毒无污染、放电过充性能好，安平台稳定优点：工作电压高、电全性好压平稳、循环性能好电压低、能量密度循环性能差、比低、电导率低、振比能量高、适合大电流放电容量低实密度低缺点：实际容量仅为理论容量的50%左右（理论274mAh/g实际140~155mAh/g）抗过充性能差、钻资源匮之、价格高一主要应用于移动电子产品
钴酸锂 传统正极材料—— LiCoO2 优点：工作电压高、电 压平稳、循环性能好、 比能量高、适合大电 流放电 缺点：实际容量仅为理 论容量的50%左右 （理论274mAh/g， 实际 140~155mAh/g）、 抗过充性能差、钴资 源匮乏、价格高 —主要应用于移动电子 产品 尖晶石锰酸锂 • 锰资源丰富、廉 价、成本低；耐 过充性能好，安 全性好 • 循环性能差、比 容量低 磷酸铁锂 • 安全性好、成本低、 无毒无污染、放电 平台稳定 • 电压低、能量密度 低、电导率低、振 实密度低 概 述 5
概述LiNi,Co,Mn,O2三元协同效应Co，减少阳离子混合占位，稳定层状结构Ni，可提高材料的容量Mn，降低材料成本，提高安全性和稳定性6
LiNixCoyMnzO2 三元协同效应 Co，减少阳离子混合占位，稳定层状结构 Ni，可提高材料的容量 Mn，降低材料成本，提高安全性和稳定性 概 述 6
概述优点缺点比容量高平台相对较低首次充放电效率低循环寿命长安全性能好价格低廉7
优点 缺 点 比容量高 循环寿命长 安全性能好 价格低廉 平台相对较低 首次充放电效率低 概 述 7
概述自前商业化三元材料· LiNi1/3C01/3Mn1/302· LiNio.4C00.2Mno.4O2· LiNio.5C00.2Mno.3O28
目前商业化三元材料 • LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 • LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2 • LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 概 述 8
概述各元素的作用·Co元素Co含量增加能有效减少阳离子混排，降低阻抗值，提高电导率和改善充放电循环性能，但随着Co含量增加，材料的可逆嵌锂容量下降，成本增加Ni元素Ni的存在有利于提高材料的可逆嵌锂容量，但过多的Ni会使材料的循环性能恶化·Mn元素Mn不仅可以降低材料的成本，而且稳定结构，提高材料的稳定性和安全性。Mn的含量太高会出现尖晶石相而破坏材料的层状结构。9
各元素的作用 • Co元素 Co含量增加能有效减少阳离子混排，降低阻抗值，提高电导率和改善 充放电循环性能，但随着Co含量增加，材料的可逆嵌锂容量下降，成 本增加 • Ni元素 Ni的存在有利于提高材料的可逆嵌锂容量，但过多的Ni会使材料的循 环性能恶化 • Mn元素 Mn不仅可以降低材料的成本，而且稳定结构，提高材料的稳定性和 安全性。Mn的含量太高会出现尖晶石相而破坏材料的层状结构。 概 述 9
概述研究方向·寻求合适的Ni、Co、Mn配比提高振实密度（NCM的压实密度低3.6g/cm3；LCO为3.9g/cm3)，高温胀气，尤其是高Ni时·稳定性和倍率性能差表面包覆离子掺杂、10
研究方向 • 寻求合适的Ni、Co、Mn配比 • 提高振实密度（NCM的压实密度低3.6g/cm3； LCO为3.9g/cm3） • 高温胀气，尤其是高Ni时 • 稳定性和倍率性能差——离子掺杂、表面包覆 概 述 10