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鋰離子電池組成

鋰離子電池主要由正極、負(fù)極、隔膜、電解液和外包裝組成。作為鋰離子電池的主要材料（正極、負(fù)極、電解質(zhì)和隔膜）的選擇需要有一定的原則。

鋰離子電池正極材料是二次鋰離子電池的重要組成部分，它不僅作為電極材料參與電化學(xué)反應(yīng)，還要作為鋰離子源。在設(shè)計(jì)和選取鋰離子電池正極材料時，要綜合考慮比能量、循環(huán)性能、安全性、成本及其對環(huán)境的影響。理想的鋰離子電池正極材料應(yīng)該滿足以下條件團(tuán)：

①比容量大，這就要求正極材料要有低的相對分子質(zhì)量，且其宿主結(jié)構(gòu)中能插入大量的Li+：
②工作電壓高，這就要求體系放電反應(yīng)的Gibbs自由能負(fù)值要大；
③充放電的高倍率性能好，這就要求鋰離子在電極材料內(nèi)部和表面具有高的擴(kuò)散速率：
④循環(huán)壽命長，要求Li+嵌入／脫出過程中材料的結(jié)構(gòu)變化要盡可能地小；
⑤安全性好，要求材料具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性：
⑥容易制備，對環(huán)境友好，價格便宜。

鋰離子電池正極材料一般為含鋰的過渡族金屬氧化物或聚陰離子化合物。因?yàn)檫^渡金屬往往具有多種價態(tài)，可以保持鋰離子嵌入和脫出過程中的電中性；另外，嵌鋰化合物具有相對于鋰的較高的電極電勢，可以保證電池有較高的升路電壓。一般來說，相對于鋰的電勢，過渡金屬氧化物大于過渡金屬硫化物。在過渡金屬氧化物中，相對于鋰的電勢順序?yàn)椋?d過渡金屬氧化物>4d過渡金屬氧化物>5d過渡金屬氧化物；而在3d過渡金屬氧化物中，尤以含Co、Ni、Mn元素的鋰金屬氧化物為主。目前商品化的鋰離子電池中正極普遍采用插鋰化合物，如LiC002,其理論比容量274mA．h。g-1，實(shí)際比容量在145mA．h．g-1左右；Li(NiCoMn)02三元材料，理論比容量與LiC002相近，但實(shí)際比容量根據(jù)組分的差異而不同；LiMn204材料，理論比容量148mA．h。g-1，實(shí)際比容量115mA．h．g一，左右；LiFeP04材料，理論比容量170mA．h‘g-1，實(shí)際比容量可達(dá)150mA．h．g_1左右。

目前，正極材料的主要發(fā)展思路是在L1C002. LiMn204. LiFeP04等材料的基礎(chǔ)上，發(fā)展相關(guān)的各類衍生材料‘列。例如在3C產(chǎn)品中用的高電壓L1C002和高電壓三元材料就是通過摻雜、包覆等手段提高其高電壓下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。對于LiMn204通過摻雜提高其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，改善高溫性能，或者提高其工作電壓。另外通過調(diào)整材料微觀結(jié)構(gòu)、拄制材料形貌、粒度分布、比表面積、雜質(zhì)含量等技術(shù)手段來提高材料的綜合性能，如倍率性能、循環(huán)性能、壓實(shí)密度、電化學(xué)、化學(xué)及熱穩(wěn)定性等。最迫切的仍然是提高材料的能量密度，其關(guān)鍵是提高正極材料的容量或者電壓，例如對多電子體系的研究和SV正極材料的研究。目前的研究現(xiàn)狀是這兩者都要求電解質(zhì)及相關(guān)輔助材料能夠在寬的電位范圍工作。同時對于層狀材料來講，能量密度的提高意味著安全性問題將更加突出，因此下一代高能量密度鋰離子電池正極材料的發(fā)展除了改進(jìn)自身的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性外，與高電壓電解質(zhì)技術(shù)的進(jìn)步也密切相關(guān)。

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