锂离子电池正极材料的分类

锂离子电池的正极材料被称为锂离子电池的核心，一直是科学家研究的重点. 在电池的充放电过程中锂电池正负极材料，正极材料不仅充当锂源，而且在电池内部的正极和负极锂嵌入材料之间提供相互的嵌入和脱嵌

锂还承载通过在电池的负极材料的表面上形成固液界面膜（SEI膜）而消耗的锂. 因此，理想的阴极材料应具有以下特点: 高电势，高比容量，高密度（包括致密密度和抽头密度），安全性好，倍率性能好，寿命长.

目前，可以满足上述要求的材料主要根据其结构特点分为三种，即层状结构材料LiMO2（M = Co，Ni，Mn）；具有尖晶石结构的锰酸锂材料（LiMn2O4）；具有橄榄石结构的LiMPO4（M = Fe，Mn，Co，Ni）. 近年来，一些新型结构材料也越来越受到人们的关注，例如硅酸盐，硼酸盐和橄榄石结构衍生物-铁氧体化合物.

首先，层状阴极材料

目前，LiCoO2一直主导着锂离子电池正极材料的商业化. LiCoO 2具有α-NaFeO2型二维层状结构，非常适合锂离子的嵌入和脱嵌. 具有电压高，放电稳定，比能量高，循环性能好，制备工艺简单的优点. 理论容量为274 mAh / g. 为了保持良好的循环稳定性，实际容量控制在140 mAh / g. 但是，作为LiCoO 2材料的正极，存在电池容量衰减大，耐过充电性差，热稳定性差等问题. 为了克服LiCoO 2材料的这些缺陷，经常使用掺杂改性和涂覆来提高其稳定性. 层状LiMnO2的理论容量较高，为285mAh / g，具有能量密度高，无毒，成本低的优点. 然而，在充电和放电过程中，由于贾恩-泰勒效应，其结构将改变，导致材料粉化，可逆容量将迅速下降. 为了制备具有稳定的层状结构的LiMnO 2，可以在Mn-O层上引入其他过渡金属元素以形成具有Mn的复合金属氧化物，以增强材料的层状结构的稳定性. 据文献报道，添加Al锂电池正负极材料，Cr，Co，Ni等能稳定LiMnO2层状结构的元素可以显着改善其电化学性能.

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第二个尖晶石阴极材料

尖晶石型LiMn2O4具有耐过充电性好，热稳定性高，资源丰富和环境友好的优点. 它被认为是锂离子电池最有希望的正极材料. 但是，它具有高温循环性能差的缺点. 因此，尖晶石型LiMn2O4的改性研究一直是此类材料的研究热点. 以Mn3O4为合成前驱体，在800℃下反应，可获得电化学性能优良的纯相尖晶石LiMn2O4微球. 一些研究发现，使用纯LiMn

与2O4相比，在表面涂有YPO4的LiMn2O4具有更好的循环性能，因为YPO4隔离了正极活性物质与电解质的直接接触，防止了Mn3 +的溶解并抑制了电池阻抗的增加，因此，电极的热稳定性得到进一步提高.

三，橄榄石结构阴极材料

LiFePO4具有循环稳定性好，安全性高和绿色环保的优点. 一直是动力锂离子电池领域的研究热点. LiFePO4具有规则的橄榄石结构，属于正交晶系，Pmnb空间群，电池参数为a = 0.469nm，b = 1.033nm，c = 0.601nm. 目前，LiFePO 4可以通过固相法，共沉淀法，溶胶-凝胶法，水热/溶剂热法，微波法和碳热还原法等多种方法合成. 由于LiFePO4的低电子和离子电导率，材料的整体电化学性能很差，这在实际应用中受到严重限制. 当前，可以通过涂覆，掺杂或纳米化来改善它. 范等. 通过碳热还原制备LiFePO4 / C（LFPC）和LiFe1-2xTixPO4 / C（LFTPC）. 涂碳和掺钛的LFTPC的电导率可以达到〜10-4S / cm；在不同比例的掺杂LiFePO4（LFP）的TiO2中，LFTPC的晶体结构非常稳定，并且粒径小于LFP. 在具有不同Ti掺杂率的LFTPC中，掺杂率2％的LFTPC具有最佳的速率性能和循环性能.

图1一些锂离子电池正极材料的理论和实际能量密度

图1显示了锂离子电池正极材料的理论能量密度和当前研究中的能量密度. 可以看出，橄榄石结构材料及其衍生物比层状结构和尖晶石结构材料具有更低的能量密度，因此对于高能量密度的锂离子电池正极材料，目前的研究重点是对层状结构和尖晶石结构材料的研究. 但是由于其高安全性的突出优势，橄榄石结构材料一直是动力电池的重要研究方向之一.

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