鋰離子電極材料的研究進展1正極材料鋰離子電池的能量密度來源于它的兩個至關重要組成部分：正極材料和負極材料。正極材料是鋰離子電池的關鍵組成，作為鋰離子電池中含鋰的組分，正極材料的性質(zhì)直接決定了電池的性能是否優(yōu)異。20世紀90年代,人們開始成功了研究用鈷酸鋰作為正極、碳作為負極的鋰離子二次電池并且商業(yè)化生產(chǎn)，從此開啟了對鋰離子正極材料的探索。目前世界范圍內(nèi)已進入商業(yè)化的正極材料包括鈷酸鋰(LCO)、三錳酸鋰(LMO)和磷酸鐵鋰(LFP)等。作為鋰離子電池正極材料，應該具備以下條件：1、有較高的氧化還原電位，以確保電池較高的工作電壓和能量密度；2、有較高的鋰離子擴散速率和電導率，保證鋰離子和電子的快速通過；3、有較好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，以保障電池的循環(huán)穩(wěn)定性；4、有較好的化學穩(wěn)定性，并且不與電解質(zhì)等發(fā)生明顯的化學反應。目前正極材料的研究主要是對六方層狀結(jié)構(gòu)LiMO2化合物(LiCoO2，LiNiO2和LiNixCoyMn1-xO2)、尖晶石型LiM2O4結(jié)構(gòu)的化合物(LiMn2O4)以及橄欖石型LixMPO4化合物(M=Fe、Mn、V、Ni、Co)等。常見正極材料如表1.1所示。表1.1常見正極材料性能對比晶型組成理論容量/(mAhg-1)容量(0.1C)與工作電壓(vs.Li/Li+)成本層狀LiCoO2274185(3.0～4.45V)高LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2278160(2.8～4.3V)中LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2276205(2.8～4.3V)中LiNi0.8Co0.15Al0.05O2279200(2.8～4.3V)中Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2378>250(2.0～4.8V)較低尖晶石LiMn2O4148120(3.0～4.3V)低LiNi0.5Mn1.5O4147125(3.0～4.9V)低聚陰離子LiFePO4 170150(2.5～4.2V)低Li3V2(PO4）3132(2Li+)197(3Li+)130(3.0～4.3V)低LiVPO4F156140(2.5～4.4V)低2負極材料圖1.2鋰離子電池負極材料儲鋰機制示意圖負極材料作為鋰離子電池的重要組成部分，是影響電池性能的關鍵因素之一，在近年來受到廣泛的研究?，F(xiàn)有的鋰離子電池主要是石墨負極材料，其理論比容量為372mAh/g。然而目前市場上的高端石墨材料的比容量已經(jīng)能夠達到360-365mAh/g，因此石墨已經(jīng)沒有更大的發(fā)展空間[11]。為滿足更高的能量密度需求，必須研究開發(fā)高性能負極材料。理想的負極材料應滿足以下要求[12]：(1)鋰離子在負極材料中的電化學反應電位較低，從而使電池擁有較高的輸出電壓；(2)應具備強大的儲鋰能力，使電池具有較高的充放電容量，并且在進行電化學反應時，材料結(jié)構(gòu)變化較小，保證電池具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性；(3)進行電化學反應時，電壓平臺的變化應盡可能小，保證電池工作電壓的穩(wěn)定；(4)具備較高的離子/電子電導率，在大電流下循環(huán)時具有較高的容量保持率，能夠應對快速充放電的使用場景；(5)能夠在負極表面形成穩(wěn)定的SEI膜；(6)具有價格便宜、制備方法簡單、環(huán)保無污染等特點。圖1.3為下一代新型鋰離子電池負極材料的示意圖[13]，圖中清楚表明了各種新型負極材料的氧化還原電位及相應的理論比容量。目前