1鋰離子電池的開展趨勢(shì)引言電子信息時(shí)代使對(duì)移動(dòng)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(diǎn)，且循環(huán)壽命長、平安性能好，使其在便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)汽車、空間技術(shù)、國防工業(yè)等多方面具有廣闊的應(yīng)用前景，成為近幾年廣為關(guān)注的研究熱點(diǎn)。鋰離子電池的機(jī)理一般性分析認(rèn)為,鋰離子電池作為一種化學(xué)電源，指分別用兩個(gè)能可逆地嵌入與脫嵌鋰離子的化合物作為正負(fù)極構(gòu)成的二次電池。當(dāng)電池充電時(shí)，鋰離子從正極中脫嵌，在負(fù)極中嵌入，放電時(shí)反之。鋰離子電池是物理學(xué)、材料科學(xué)和化學(xué)等學(xué)科研究的結(jié)晶。鋰離子電池所涉及的物理機(jī)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(dòng)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(wǎng)絡(luò)空格點(diǎn)上。電子輸運(yùn)鋰離子電池的正極和負(fù)極材料都是離子和電子的混合導(dǎo)體嵌入化合物。電子只能在正極和負(fù)極材料中運(yùn)動(dòng)。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(shí)，要求由主體結(jié)構(gòu)作電荷補(bǔ)償，以維持電中性。電荷補(bǔ)償可以由主體材料能帶結(jié)構(gòu)的改變來實(shí)現(xiàn)，電導(dǎo)率在嵌入前后會(huì)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(guān)。嵌入化合物只有滿足結(jié)構(gòu)改變可逆并能以結(jié)構(gòu)彌補(bǔ)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(guān)鍵材料——電池中正負(fù)極活性材料是這一技術(shù)的關(guān)鍵，這是國內(nèi)外研究人員的共識(shí)。1正極材料的性能和一般制備方法正極中表征離子輸運(yùn)性質(zhì)的重要參數(shù)是化學(xué)擴(kuò)散系數(shù),通常情況下，正極活性物質(zhì)中鋰離子的擴(kuò)散系數(shù)都比擬低。鋰嵌入到正極材料或從正級(jí)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(shù)量級(jí)。正極材料的嵌鋰化合物是鋰離子電池中鋰離子的臨時(shí)儲(chǔ)存容器。為了獲得較高的單體電池電壓，傾向于選擇高電勢(shì)的嵌鋰化合物。正極材料應(yīng)滿足：1〕在所要求的充放電電位范圍內(nèi)，具有與電解質(zhì)溶液的電化學(xué)相容性；2〕溫和的電極過程動(dòng)力學(xué)；3〕高度可逆性；標(biāo)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(diǎn)主猜要集盞中在是層狀記Li夕MO身2和眼尖晶項(xiàng)石型拜Li婚M2孟O4派結(jié)構(gòu)瞞的化紐合物杠及復(fù)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(xué)的脫絕嵌與凝嵌入派過程唱中結(jié)息構(gòu)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(fù)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(huì)辯對(duì)最耀終結(jié)糞構(gòu)產(chǎn)匆生影渠響?；囟喾N弟有前梅途的達(dá)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(jiān)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(wù)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?？其団挷煅鯙樾龢O軍的婚鋰離紫子起電池萄具有哥開路槽電壓費(fèi)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(diǎn)似，但妄平安浸性差唇；聾鋰鎳森氧較末鋰鈷塞氧價(jià)顯格低孫廉，康性能斬與鋰昂鈷氧嫩相當(dāng)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(jià)格窯更為姻低廉趟，制枯備相汗對(duì)容世易，丘而且朗其耐玻過充長平安嚴(yán)性能績(jī)好，表但其伙嵌鋰抬容量寄低，種并且手充放書電時(shí)桐尖晶扁石結(jié)述構(gòu)不助穩(wěn)定警。從替應(yīng)用殘前景額來看絹，尋瓶求哨資源坊豐富簽、價(jià)齒廉、已無公趣害，飽還有漲在過毅充電楊時(shí)對(duì)遇電壓敲控制灘和電辛路保刺護(hù)的炭要求莖較低專等優(yōu)事點(diǎn)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(diǎn)。盞國外袋有報(bào)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(bào)道毀看出游，雖票然電拒極拐材料恩化學(xué)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(dú)鈔到之眾處，回這是討國內(nèi)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(diǎn)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(chǔ)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(jìn)械行燒鈴結(jié)反己應(yīng)。魚此方間法優(yōu)懸點(diǎn)是域工藝惑流程梨簡(jiǎn)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(chǎn)的遺方法臉，國腐外技心術(shù)較伶成熟間；缺忍點(diǎn)是破所制完得正認(rèn)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(zhì)量箱一致財(cái)性差義。泥2〕表絡(luò)合肺物法潔用有前機(jī)絡(luò)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(luò)詠合物選前驅(qū)譽(yù)體，降再燒汽結(jié)制軌備。異該方大法的自優(yōu)點(diǎn)送是分采子規(guī)蚊?；齑嗪?，疤材料妨均勻抄性和伙性能自穩(wěn)定酷性好寨，正設(shè)極派材料蝦電容稈量比挽固相湖法高獵，國盡外已桿試驗(yàn)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(shù)并倒未成宇熟，保國內(nèi)啊目前瑞還鮮樓有報(bào)濫道。希3〕慚溶膠橫凝膠贊法利汽用上認(rèn)世紀(jì)原70胡年代肝開展柔起躬來的尖制備盲超微擊粒子質(zhì)的方陶法，慧制備扯正極益材料遵，該掃方法溜具備蔥了絡(luò)胡合物念法的約優(yōu)點(diǎn)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(nèi)挽外迅芬速發(fā)悼展的沸一種廈方法負(fù)。缺瞧點(diǎn)是耍本錢帆較高祖，技夏術(shù)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(hù)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(dá)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(diǎn)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(diǎn)青。但甜過程銜涉及詠溶液留重結(jié)搜晶蒸展發(fā)等學(xué)費(fèi)能娘費(fèi)時(shí)室步驟蹦，距訪離實(shí)移用化己還有芽相當(dāng)疫距離同。擇正極靜材料爺?shù)难谐榫繌氖讎忪o文獻(xiàn)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(jié)學(xué)構(gòu)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(gè)鋰化物合物藏，原程材料店尺度況向納往米級(jí)去挺進(jìn)蜘，關(guān)潮于嵌仍鋰化披合物棄結(jié)構(gòu)亞的理盾論研放究已驢取得蝴一定布進(jìn)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(lǐng)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(jī)理描并未些研究掃清楚或，導(dǎo)漿致日期本學(xué)牌者Y五os捧hi潑o.遞Ni巖sh類i認(rèn)詢?yōu)?，劑過去插十年貼以來便在這訓(xùn)一領(lǐng)偵域?qū)嵄①|(zhì)進(jìn)窄展不正大[鮮1]頌，急衡須進(jìn)銷一步醉地研環(huán)究。腐2筆負(fù)極豆材料潤的性扇能和唉一般諒制備筍方法戶負(fù)極隔材料旗的電鑒導(dǎo)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(qǐng)屬氧絞化物夜?？舍斈娴氐浊度腠毭撉冻ㄤ囯x哥子救的堡負(fù)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(tái)應(yīng)中控自由注能變非化小牢；握2〕敢鋰離搜子墳在負(fù)猶極的討固態(tài)徹結(jié)構(gòu)疫中有追高的隙擴(kuò)散毅率；火3〕廢高度程可逆欺的嵌嘆入反蹲應(yīng)；擺4〕象有良菌好的建電導(dǎo)遮率；尺5〕袖熱力灶學(xué)上雜穩(wěn)定會(huì)，同冠時(shí)與釋電解繪質(zhì)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(jié)淺構(gòu)的蛇其它升金屬典氧化砍物。用石墨紀(jì)、軟悶碳、通中相漸碳微伴球已私在國障內(nèi)有賓開發(fā)愿和研牌究，滴硬碳達(dá)、碳辭納米秒管、贊巴基權(quán)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(shí)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(duì)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(chǎn)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P(guān)P斧P至找70籌0棵℃械，并吳保溫凈一定塊時(shí)間工得到少的熱導(dǎo)解產(chǎn)朗物〕銅作為乘負(fù)極遮，可奮逆容丸量高縮達(dá)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(bào)傘道P訴PP脈－7鉤00侍儲(chǔ)鋰牽容量陳〔S床to混ra茄ge扶ca燃pa恨ci它ty疾〕可尊達(dá)1頌17雕0m痰A(chǔ)·襯h/泡g。童假設(shè)儲(chǔ)趴鋰容容量為齡11桃70齒mA禾·h融/g穗，隨館著鋰經(jīng)嵌入避量的捐增加局，進(jìn)忌而提竊高殲鋰離截子還電池艱性能賢，筆鄭者認(rèn)敬為今亡后研他究將險(xiǎn)集中跟于更桿小的賞納米桑尺度敲的嵌始鋰微熔結(jié)構(gòu)必。幾是乎與曬研究文碳負(fù)脫極同間時(shí)，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(fù)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(jìn)行威〔相堂對(duì)于頂Li羞＋／桑Li屯〕而焦脫嵌次反響亦那么在現(xiàn)1V中左右桶發(fā)生材；絡(luò)2〕顛循環(huán)雀容量腫逐漸變下降域，一織般經(jīng)言過1五2～穴20忠次循唱環(huán)后素，容扎量降假設(shè)至4奧00格～5溉00書mA岔·h絲/g糾。鐘理論盟上的霧進(jìn)一拌步深燈化還壟有賴剪于各爬種高敞純度榴、結(jié)連構(gòu)規(guī)券整的遮原料擺及碳否材料現(xiàn)的制噸備和爐更為萌有效掃的結(jié)城構(gòu)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(fù)淋合氧窗化物惰基負(fù)騾極訓(xùn)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(zhì)猛量比世能量痛較碳倚負(fù)極崖材料偽大大權(quán)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(chǔ)饑存機(jī)說理主名要有厚鋰分耳子L領(lǐng)i2孔形成坡機(jī)理標(biāo)、多淺層鋰孫機(jī)理諸、晶落格點(diǎn)肆陣機(jī)敏理、競(jìng)彈性確球－園彈性抓網(wǎng)模扔型、紡層－植邊端夠－表羽面儲(chǔ)越鋰機(jī)尚理、熱納米磨級(jí)石油墨儲(chǔ)縱鋰機(jī)暮理、箭碳－絨鋰－披氫機(jī)屑理和證微孔閱儲(chǔ)鋰江機(jī)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(xiàn)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(chǔ)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(zhuǎn)iC迎6，歲但這薦些理嬌論還趕處于井開展房階段慢。負(fù)部極煙材料擦要克條服的肺困難豬也是牛一個(gè)潔容量殖循環(huán)再衰減矮的問竟題，鋒但從透文獻(xiàn)騎可知聾，制幻備高衰純度原和規(guī)桿整的羅微結(jié)疊構(gòu)碳種負(fù)極獲材料貝是發(fā)卸展的廚一個(gè)動(dòng)方向調(diào)。北一般艙制備大負(fù)極窯材料喚的方哀法可瞞綜述據(jù)如下聚。溫1〕副在一懼定高那么溫下準(zhǔn)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(dòng)周態(tài)變滑化，革石墨切結(jié)構(gòu)徒與電斃化學(xué)畫性能狂的關(guān)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(jié)構(gòu)掏的交贈(zèng)聯(lián)樹府脂在紹高溫婚下分分解得萄到的虧硬碳稈,可碼逆電廊容量瓶比石膜墨碳肚高，塵其結(jié)券構(gòu)受艷原料答影響葛較大塘，但勞一般楊文獻(xiàn)絕認(rèn)為競(jìng)這些傻碳結(jié)章構(gòu)中珍的納迷米微帶孔對(duì)卷其嵌糊鋰容苦量有霜較大媽影響坦，對(duì)董其研麥究主號(hào)要集盡中于資利用抖特殊賤分子很結(jié)構(gòu)叛的高礎(chǔ)聚物惱來制房備含削更多醫(yī)納米忽級(jí)微虎孔的孟硬碳徒。芝3〕脾高溫奪熱分噸解有義機(jī)物味和高鑄聚物脖制備啟的含依氫碳丈。這由類喇材料冠具有唇60盈0～額90票0m閥A·惑h/己g的涂可逆誓電容男量，潤因而渾受到黨關(guān)注馳，但勝其電睜壓滯辣后和助循環(huán)剩容量壟下降云的問等題是買其最奔大應(yīng)粱用障元礙。往對(duì)其眠制備巷方法假的改貨進(jìn)和雀理論收機(jī)理匙解釋羞將是照研究怎的重榜點(diǎn)。朽4〕分各種家金屬寧氧化項(xiàng)物其垂機(jī)理逼與正激極唇材料鼠類似炎，助也受鬧到研辜究者泳的注怠意，否研究臉方向既主要螞是獲抖取新料型結(jié)憑構(gòu)或級(jí)復(fù)合俗結(jié)構(gòu)套的金株屬氧喇化物智。增5〕砍作為紹一種燥嵌鋰背材料城，碳鉗納米洪管、比巴基捧球C拐60泛等也跡是當(dāng)創(chuàng)前研芹究的疏一個(gè)幕新熱凈點(diǎn)，魔成為恐納米奴材料哭研究鎖的一完個(gè)分荷支。著碳納彈米管蜂、巴鈔基球臭C6津0的甜特殊肥結(jié)構(gòu)宇使其癥成為誓高電燥容量岸嵌鋰菌材料怕的最什佳選本擇。相從理許論上卸說，盞納米營結(jié)構(gòu)顛可提肚供的售嵌鋰衛(wèi)容量癥會(huì)比死目前禁已有毛的各樣種的材料承要高虎，其延微觀鼓結(jié)構(gòu)烤已被暈廣泛缸研究睛并取智得了攜很大壞進(jìn)展劣，但順如何盞制備跳適當(dāng)內(nèi)堆積奪方式持以獲剛得優(yōu)守異性闖能的籠電極膏材料漠，這乘應(yīng)是類研究丘的一出個(gè)重注要方閥向。啞3編結(jié)語撇綜上獨(dú)所述爸，近鵝年來懂鋰離絹?zhàn)討{電池域中正談負(fù)極扛活性裳材料午的研