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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划锂电负极材料要求锂电池负极材料大体分为以下几种：第一种是碳负极材料：目前已经实际用于锂离子电池的负极材料基本上都是碳素材料，如人工石墨、天然石墨、中间相碳微球、石油焦、碳纤维、热解树脂碳等。第二种是锡基负极材料：锡基负极材料可分为锡的氧化物和锡基复合氧化物两种。氧化物是指各种价态金属锡的氧化物。目前没有商业化产品。第三种是含锂过渡金属氮化物负极材料，目前也没有商业化产品。第四种是合金类负极材料：包括锡基合金、硅基合金、锗基合金、铝基合金、锑基合金、镁基合金和其它合金，目前也没有商业化
2、产品。第五种是纳米级负极材料：纳米碳管、纳米合金材料。第六种纳米材料是纳米氧化物材料：目前合肥翔正化学科技有限公司根据XX年锂电池新能源行业的市场发展最新动向，诸多公司已经开始使用纳米氧化钛和纳米氧化硅添加在以前传统的石墨，锡氧化物，纳米碳管里面，极大的提高锂电池的冲放电量和充放电次数。锂金属电池锂二氧化锰电池是一种以锂为阳极、以二氧化锰为阴极，并采用有机电解液的一次性电池。该电池的主要特点是电池电压高，额定电压为3V(是一般碱性电池的2倍)；终止放电电压为2V；比能量大(金属锂的理论克容量为3074mAh)；放电电压稳定可靠；有较好的储存性能(储存时间3年以上)、自放电率低(年自放电率10%
3、)；工作温度范围20+60。该电池可以做成不同的外形以满足不同要求，它有长方形、圆柱形及纽扣形(扣式)。锂离子电池可充电锂离子电池是目前手机、笔记本电脑等现代数码产品中应用最广泛的电池，但它较为“娇气”，在使用中不可过充、过放(会损坏电池或使之报废)。因此，在电池上有保护元器件或保护电路以防止昂贵的电池损坏。锂离子电池充电要求很高，要保证终止电压精度在1%之内，目前各大半导体器件厂已开发出多种锂离子电池充电的IC，以保证安全、可靠、快速地充电。现在手机已十分普遍，基本上都是使用锂离子电池。正确地使用锂离子电池对延长电池寿命是十分重要的。它根据不同的电子产品的要求可以做成扁平长方形、圆柱形、长方
4、形及扣式，并且有由几个电池串联并联在一起组成的电池组。锂离子电池的额定电压，因为近年材料的变化，一般为，磷酸铁锂正极的则为。充满电时的终止充电电压一般是，磷铁。锂离子电池的终止放电电压为(电池厂给出工作电压范围或给出终止放电电压，各参数略有不同，一般为，磷铁为)。低于继续放电称为过放，过放对电池会有损害。锂电池关键电极材料技术简介熊志高XX，金属0901，材料科学与工程学院摘要：电池种类繁多，本文中主要讨论二次电池的相关内容。本文搜集传统电池和锂电池的特性，通过二者的对比，简叙锂电池取代传统电池的原因。本文介绍锂电池的分类以及锂电池的工作原理，其中重点介绍锂电池电极材料的关键技术。电极材料种类
5、多，但目前已经成熟应用的电极材料是LiCoO2，石墨。其他电极材料由于性能研究还未成熟，所以尚未投入实际生产应用。关键词：电极材料、锂离子电池、充电、碳材料。【1】传统二次电池与锂离子二次电池的比较所谓二次电池就是能反复充电放电循环使用的电池。这里简单介绍传统二次电池是铅酸电池和镍镉电池。铅酸电池具有电动势大，操作温度广、结构简单、技术成熟，使用可靠等优点，是目前电动汽车常用电池，但比容仅为35WhKg-1,循环寿命约400次。镍镉电池比能可达到55Whkg-1,比功率200Wkg-1,循环寿命到XX次，但镉对环境污染，应用受到限制。锂离子电池高能量密度:锂离子电池的重量是相同容量的镍镉或镍氢
6、电池的一半，体积是镍镉的40-50%，镍氢的20-30%。高电压:一个锂离子电池单体的工作电压为(平均值)。无污染:锂离子电池不含有诸如镉、铅、汞之类的有害金属物质。不含金属锂:锂离子电池不含金属锂，因而不受飞机运输关于禁止在客机携带锂电池等规定的限制。循环寿命高:在正常条件下，锂离子电池的充放电周期可超过500次。无记忆效应:记忆效应是指镍镉电池在充放电循环过程中，电池的容量减少的现象。锂离子电池不存在这种效应。快速充电:使用额定电压为的恒流恒压充电器可以使锂离子电池在一至两个小时内得到满充。【2】锂离子二次电池工作原理这里以石墨为负极，以LiCoO2为正极，如图：电极反应如下。正极上发生的
7、反应为LiCoO2=充电=Li1-xCoO2+XLi+Xe(电子)负极上发生的反应为6C+XLi+Xe=LixC6电池总反应：LiCoO?+6C=Li1-xCoO?+LixC6在正极中，锂离子和钴离子各自位于立方紧密堆积氧层交替的八面体位置。充电时锂离子从八面体位置发生脱嵌，释放一个电子，Co氧化为Co；放电时，锂离子嵌入到八面体位置，得到一个电子，Co4+还原为Co3+。二在负极中，当里插入到石墨当中后，石墨结构与此同时得到一个电子。电子位于石墨的墨片分子平面上，与锂离子之间发生一定的静电作用，因此锂的实际大小比在正极中要大。【3】锂离子电池电极材料一正极材料作为正极材料的嵌锂化合物是锂离子
8、电池中锂离子的“贮存库”。为了获得较高的单体电池电压,倾向于选择高电势的嵌锂化合物。一般而言,正极材料应满足:在所要求的充放电电位范围内,具有与电解质溶液的电化学相容性;温和的电极过程动力学;高度可逆性;全锂化状态下在空气中的稳定性。目前研究的热点主要集中在层状LiMO2和尖晶石型LiM2O4结构的化合物上(M=Co、Ni、Mn、V等过渡金属离子)。1.层状LiMO2化合物理想的层状LiMO2结构属三方晶系,离子以稍微扭曲的立方紧密堆积排列(图1),M原子处于涂成阴影的八面体层,而Li原子处于无阴影的八面体层。这类层状化合物作为锂离子电池的正极材料,关键是在Li+离子的脱嵌与嵌入过程中结构变化
9、的程度和可逆性。(1)LiCoO2最早用于商品化的锂离子电池中的正极为LiCoO2,用Li2CO3与CoCO3等钴盐混合在900烧制而成,但其容量较低,循环性能较差。Yoshio等用钴的有机酸络合物作为原料制备的LiCoO2,由于原料的混合是在分子水平上进行,可逆容量为132mAhg-1,循环性能也得到改善。该化合物制备相对简单,有高达的工作电压,在充放电过程中,Li1-xCoO2发生从三方晶系到单斜晶系的可逆相变,但这种变化只伴随很少的晶胞参数变化,故有良好的可逆性。但是Li1-xCoO2的容量一般被限制于125mAhg-1,否则,过充电将导致不可逆容量损失和极化电压增大且其价格高,有毒、因
10、此,随着价廉而性能优异的正极材料研究的深入,LiCoO2的使用量将逐渐减少。(2)LiVO2钒的价格较钴低,亦能形成层状化合物,但与LiCoO2不同。当Li+离子脱嵌时,层状的LiVO2变得不稳定,在Li1-xVO2中,当x时，由于Co的含量降低，容量降低。当然，如果提高充电的终止电压到4.52V，容量可达160mAh/g。但是过量的锂并没有将CO3+还原，而是产生了新价态的氧离子，其结合能高，周围电子密度小，而且空穴结构均匀分布在Co层和O层，提高CoO的键合强度。然而也有不同的报道。例如x=、和，放电容量基本上都为140mAh/g，而容量衰减归结于x增加时，锂存在于八面体位置。镁离子的掺杂
11、对锂的可逆嵌人容量影响不大，而且也表现良好的循环性能，这主要是镁接杂后形成的是固溶体，而不是多相结构。镁的掺杂量达到在x=0.2(LiCo1-xMgxO2B)时还保持为均一的固溶体。通过LiMAS-NMR联用的方法，观察到镁掺杂后的相结构存在缺陷:氧空位和中间相Co3+。当充电到时，容量大于160mAh/g，循环性能依然理想。主要原因可能在于:镁的离子半径与锂的离子半径差不多，掺杂后，位于O-Co-O片层之中，当锂离子脱嵌后，可起到“顶柱”的作用，保证锂离子嵌人和脱的通道不受影响，防止锂离子无序化和晶体的形变.另外，该种稳定晶格的作用也可以从掺杂后进行化学脱锂的结构变化得到反映。当杂量较多时，
12、晶相结构基本上不随锂的脱嵌而发生变化，而较少时，会明且产生P3相。采用铝进行掺杂主要考虑如下因素:铝便宜、毒性低、密度小;a-LiAlO2与LiCoO2的结构相类似，且A13+()和Co3+()的离子半径基本上相近，能在较大的范围内形成固溶体LiA1yCo1-yO2；Al的掺杂可以提高电压;掺杂后可以稳定结构，提高容量，改善循环性能。例如y值可以高达0.5时还保持为均一的结构，a值基本上不变，c值和c/a比值随y的增加而增加.该种稳定晶格的作用与镁的掺杂一样，也可以从掺杂后进行化学脱锂的结构变化得到反映.掺杂量较多时，晶相结构基本上不随锂的脱嵌而发生变化，而较少时，会明显产生O3相。可以采用丙
13、烯酸作为载体的溶胶凝胶法制备诊杂的LiAlyCo1-yO2。但是，掺杂量的多少及相应的热处理温度对电化学性能有明显影响。钛的掺杂也有利于电化学性能的提高，但是具体原因有待于进一步研究。LiNiO2与LiCoO2的结构基本上相同，可以以任意比例形成均一的固溶体两者混合时只产生少量的正活变。镍取代后的LiCo1-xNixO2可以采用软化学法制备成纳米粒子，也可以采用溶胶凝胶法进行镍的掺杂。例如，采用三乙醇胺和纤维素作为载体，制备粒径为300350nm的。纤维素在其中具有双重作用:第一是作为燃料，促进反应的进行;第二是在反应中生成介孔碳，防止粒子的进一步长大。因此，两者的比例对的容量和循环性能具有明
14、显影响。在镍掺杂的基础上可以进行进一步掺杂，例如铝、镍共同掺杂的(0锂电负极材料要求)前景的正极材料之一，实际容量可达190210mAh/g，明显高于LiCoO2，且其对环境影响更小，同时在价格和资源上比LiCoO2更具优势。尖晶石结构的LiMn2O4价格便宜、无污染，被视为取代LiCO2的首选材料之一，但由于容量偏低(可逆容量为110130mAh/g)、高温下容量衰减严重等问题，其应用范围受到一定的限制。锂镍氧化物的理论容量为294mAh/g，实际容量已达190210mAh/g。其自放电率低，没有环境污染，对电解液的要求较低。与LiCoO2相比，LiNiO2具有自身的优势。从市场价格来看，目
15、前镍市场是供大于求。而钴则市场紧缺，价格昂贵。从储量上来看，世界上已探明镍的可采储量约为钴的145倍。从结构上看，LiNiO2与LiCoO2同属a-NaFeO2型结构，取代容易。LiNiO2为层状结构，与LiCoO2结构相似，同属NaFeO2型结构，价格比较便宜，比能量高，循环性质好，污染小的特点。但因镍倾向于形成Ni2+,Ni过量时会占据Li+的位置，影响锂离子电池的比容量以及其他电化学性质，所以LiNiO2制备较困难，要求有氧合成，工艺控制要求较高。另外，其安全问题也有待进一步解决。氧气氛围下采用Li2CO3和Ni(OH)2为原料介成的LiNiO2中含有杂质Li2Ni8O10，所以LiNiO2多用LiOH和Ni(OH)2为原料介成。因为在200600之问,Ni(OH)2会先分解为NiO,NiO再被氧化为Ni2O3，当温度超过600时，Ni2O3分解为NiO,不利于反应的进行。而氧气氛围可抑制LiNiO2的分解。当反应温度越高，反应时间较长时，产物的晶型会更加完美。其最佳反应条件为：镍与锂摩尔比为：1/1/，在温度600750下，于氧气氛围中合成516h，生成的LiNiO2具有很好的循环性能，放电
