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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(shí)，要綜合考慮比能量、循環(huán)性能、安全性、成本及其對(duì)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(duì)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(zhǎng)，要求Li+嵌入／脫出過(guò)程中材料的結(jié)構(gòu)變化要盡可能地?。?br /> 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(duì)環(huán)境友好，價(jià)格便宜。

鋰離子電池正極材料一般為含鋰的過(guò)渡族金屬氧化物或聚陰離子化合物。因?yàn)檫^(guò)渡金屬往往具有多種價(jià)態(tài)，可以保持鋰離子嵌入和脫出過(guò)程中的電中性；另外，嵌鋰化合物具有相對(duì)于鋰的較高的電極電勢(shì)，可以保證電池有較高的升路電壓。一般來(lái)說(shuō)，相對(duì)于鋰的電勢(shì)，過(guò)渡金屬氧化物大于過(guò)渡金屬硫化物。在過(guò)渡金屬氧化物中，相對(duì)于鋰的電勢(shì)順序?yàn)椋?d過(guò)渡金屬氧化物>4d過(guò)渡金屬氧化物>5d過(guò)渡金屬氧化物；而在3d過(guò)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(lèi)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(guò)摻雜、包覆等手段提高其高電壓下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。對(duì)于LiMn204通過(guò)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(guò)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(lái)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(duì)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(shí)對(duì)于層狀材料來(lái)講，能量密度的提高意味著安全性問(wèn)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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