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1、现在人们普遍认为，化石燃料燃烧产生的烟气排放，不仅污染城市空气，而且也引发全球气候变暖和生态问题， 。因此，建立一个基于清洁能源和可持续能源低碳社会，已逐渐成为一个世界性的话题。以太阳辐射能，风能，潮汐能代表的典型的清洁和可持续的能源来源，在时间和空间分布不均，因此需要有效的能源存储。因此，能量存储比以往更为重要。自从 1991 年它们的出现，目前，二次锂电池当之无愧地成为消费电子设备的主导力量，并且，提供了一种以实现清洁能源和可再生能源利用的目标的革命性的机会。由于高储能密度，安全性，充电/放电速率高，维护成本低，使用寿命长，二次锂电池也被认为是减少二氧化碳排放量和交通产生的噪音污染潜力军。
2、的确，现在由 LIBS 供电的电动汽车已经在全球市场推进。毋庸置疑，锂离子电池的诞生是现代材料电化学研究的一个成功典范。通常二次锂离子电池是由在非水电解质的多孔膜电子绝缘的阴极和阳极组合而成。锂离子电池的工作情况，包括电池电势，能量密度，功率能力，使用寿命和安全性，以及有关的材料，形成正极和负极的内在属性，都是锂电池至关重要的性能。锂离子电池主要是在设计和拟订新型插层材料的过程中发展的。一般来说，锂离子电池的电化学反应涉及电子增益、损失、提取到外来离子从固体基质的核心结构的崩溃，避免了电极插入，这就是所谓的定向反应。对于正极来说，石墨形成复合 LiC6，锂插入后，不是锂金属形成树突状锂电池短路
3、导致的重复循环，这样就可以做出更安全的电池。到目前为止，石墨仍然是主要的负极材料。锂离子电池正极材料分层，尖晶石、橄榄石结构的过渡金属氧化物的夹层材料已经凸显其优势。在众多的夹层材料中，层状结构氧化物由于其优点，一直受到越来越多的关注。自从LixTiS2/Li 电池定向反应首次在 20 世纪 70 年代被证实, 作为负极的层状结构氧化物，在整个插入锂电池材料的发展和创新中一直是一颗璀璨的明星。持续关注层状过渡金属氧化物的原因将深入讨论。图 1 为流行的三种电池的夹层材料的晶体结构的原理框架插图描绘。层状结构化合物由公式 LiMO2 表示，其中 M 和锂离子位于八面体立方紧密堆积的氧排列，锂离子
4、层排列在由 M 和氧原子组成的八面体层状之间。 M 是典型的电化学活性的过渡离子，如钴，锰，镍，以及其他的电化学不活泼的阳离子，如锂，铝，镁。 LMO2 通常有一个三角晶体系，M 阳离子的平均氧化态，如镍或锰在 LMO2 是+3 价。下面的公式呈现电化学反应发生的定向方式（OCT ）里代表的是（CP）表示的氧最密积点阵的八面体位置; 代表空白的八面体位置。锂层中的锂离子是从一个八面体移动到另一个的。换句话说，层状结构为插层材料提供了一个 2 维的间隙，这可以促进宿主材料在锂离子的快速流动。平面层状结构的流动性在相对一维隧道的锂离子扩散方面有明显的优势。一维隧道结构，如金红石结构和橄榄石结构，不
5、利于锂离子体的扩散。例如，图 1（b）的 LiFePO4，一个典型的的橄榄型插入材料，锂离子扩散主要发生沿010 ，虽然一些研究人员认为，离子电导率高温时在010和001 方向的扩散系数是相同的。图 1（b）可以看出，LiO6 八面体共边平行晶体的 b 轴，在这个取向上创建了锂隧道。图 1(c)的尖晶石框架结构，通常用来举例说明 Li Mn2 O4 的锂离子扩散的三维间质性途径图。值得注意的是，MnO6 八面体共边，形成一个连续的三维立方阵列，从而赋予了 MnO6 尖晶石框架强度性和稳定性。由于锂离子全方位的扩散，与立方对称的尖晶石结构之间的夹层的锂离子导电能力是插入材料中最高的。图 1，各种
6、晶体结构示意图插图(a)LiMO2（层状结构，沿（111 ）面，蓝色：MO6 八面体，M：过渡金属）(b)磷酸铁锂（橄榄石结构沿010方向，浅紫色: 磷酸盐四面体，棕色：FeO6 八面体）(c）锰酸锂（尖晶石结构沿方向，紫色：MnO6 的八面体） 。绿色的小球代表锂离子将分层过渡氧化物作为正极的另一个目的，是 LiMO2 可以提供一个非常大的理论重量容量，超过 270 mAh g1 和相对较高的电势（ 3.6V）的能力，从而可以设计更高的能量密度的锂离子电池。橄榄石和尖晶石结构的材料都无法提供超过 170 mAh g1 重量的能力，表明这两个正极材料不能满足进一步提高能量密度的 LIBS 的需
7、求。在实际使用中，电池的尺寸规定，这表明，电池设计的限制因素不是重量而是体积。因此，在考虑电池材料时，测定材料体积的容量（Ah cm3）比重量的容量（Ah g1）更有价值。材料的理论密度必然是影响容积参数的一个重要因素。与橄榄石结构相比，通常具有较大理论密度层状结构的过渡金属氧化物，有利于实现更高的体积容量。例如，具有层状结构的 LiCoO2的理论密度是 5.1 g cm3，显然比橄榄石结构的 LiFePO4（3.6 g cm3,）更大。前者有 1.4 Ah cm3 理论体积容量，比后者(0.6 Ah cm3)大的多。然而，实际密度总是比由晶体结构数据确定的理论值小，所以为了增大体积容量需要更
8、多的努力去增加密度。正如以上所述，层状过渡金属氧化物在制造高能锂离子电池中是必不可少的。基于层状 LiCoO2 的小的锂离子电池被成功开发为手机和笔记本电脑的电源。然而，现在二次锂电池其正极材料主要是钴酸锂，钴为稀缺型战略资源，价格昂贵；并且钴酸锂具有毒性，在高温下可能会与有机电解液发生反应，有一定安全隐患。此外，LiCoO2 的系统已经达到的电势的限制。为了抗衡内燃机，先进的高能正极材料锂离子电池已经发展起来。因此，在过去 20 年来，一直十分重视替代比 LiCoO2 有更高的安全性和性能的层状材料的发现。在本文中，我们回顾了各种层状过渡金属氧化物的起源和发展。包括这些材料的晶体结构和电化学剖面。我们还强调层状混合金属氧化物正极的高能量锂离子电池。
