Page 221 - 现代工业绿色技术创新研究

第九章 锂离子电池绿色生产技术及应用

四、锂离子电池正极材料

（一）层状氧化物钴酸锂 LiCoO 2
钻酸锂材料的结构为理想的。α—NaFeO 2 层状结构。根据计算，钴酸锂材

料的理论比容量为 274mAh/g。在应用中其实际比容量可达 140mAh/g；在较高的
充电电压下，其比容量可达到 200mAh/g。钴酸锂在作为正极材料时，其作为骨
架作用帮助锂离子的嵌入和脱出的过程比较稳定。根据统计，在钴酸锂材料充放

电过程中约有 50% 的锂离子会进行可逆的嵌入和脱出。锂离子从钴酸锂材料中
过度的脱嵌，会对材料的本体结构产生影响，使其稳定性和循环性能降低。钴酸
锂材料是目前最成熟的锂离子电池正极材料。钻酸锂材料具有充放电性能稳定、
材易于合成的优点，但是钴资源匮乏，价格比较昂贵，这是限制钴酸锂材料更大
规模使用的主要原因，而且钻材料具有一定的毒性，这也影响了其进一步应用。

因此人们正开发其他正极材料来取代钴酸锂材料。
（二）层状氧化物镍酸锂 LiNiO 2
镍酸锂的空间群为 R—3m，属于 α—NaFeO 2 的结构。镍酸锂材料理论比容

量为 275mAh/g，实际使用中比容量可达到 200mAh/g。此外，镍酸锂价格低廉，
无毒，与许多电解质溶液相容性好。但是镍酸锂的制备难度相当大，条件要求很
苛刻，这限制了镍酸锂材料的实际应用。
（三）尖晶石型锰酸锂 LiMn O 4
2
尖晶石型锰酸锂属于立方晶系。其理论比容量为 148mAh/g，而实际充放电

比容量只有 120mAh/g。锰酸锂材料的价格低廉，且资源丰富，出于成本考虑锰
酸锂材料的广泛应用具有很好的基础。根据统计，其制备成本为同等条件下钻酸
锂材料制备成本的 5%，锰酸锂材料因此具有很大的优势。目前所使用的电解液

中含有微量的 HF，它会使电极材料中的锰酸锂溶解，并且锰酸锂对其溶解具有
白催化效应，加剧了锰的溶解，因而锰酸锂的循环性能较差。
（四）二元复合的氧化物 LiMMn -xO 4
2
二元复合的氧化物 LiMMnO 是采用过渡金属元素掺杂尖晶石型锰酸锂的
材料，最显著的优势是具有一个很高的电压平台 f 一般可达到 4.5V 以上），其

中，研究最多的是 LiNi 0.5 MnO 1.5 LiNi 4 。LiNi 0.5 MnO 1.5 LiNi 4 在充放电过程中电压
4+
3+
平台在 4.7V 左右，对应于 Ni /Ni 的转化。LiNi 0.5 MnO 1.5 LiNi 4 的理论比容量为
146.7mAh/g，由于其电压平台很高，也是高能量密度的锂离子电池。

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