锂离子电池聚阴离子型硅酸盐正极材料的研究进展

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材料导报：综述篇

2 0年 6上) 2卷第 6 09月(第 3期

锂离子电池聚阴离子型硅酸盐正极材料的研究进展左朋建，王振波，尹鸽平，程新群，杜春雨，徐宇虹，史鹏飞(哈尔滨工业大学化工学院，哈尔滨 1 0 0 ) 5 0 1摘要综述了硅酸盐正极材料的设计、特性、制备及电化学性能，绍了基于密度泛函理论的量子化学计算在介

锂离子电池材料设计中的方法和理论，为进一步开展 L2 i 4其复合材料的理论和实验研究可以获得性能优 认 i MSO及异的高容量正极材料。关键词锂离子电池正极材料硅酸盐材料量子化学计算电化学性能

中图分类号： TM 9 2 9 1.

文献标识码： A

Re e r h Pr g e s o l - n o c S lc t t d a e i l s a c o r s n Po y a i ni ii a e Ca ho e M t r a s f r Lih u o t e i s O t i m I n Ba t re

Z U0 e gi, ANG Z e b,YI Ge ig HE iq n Pnj n W a hn o N pn,C NG X n u,DU u y Ch n u,XU h n Yu o g,SHIPe g e n fi( c o l f e c l gn e ig a d S in e S h o o Ch mia En ie rn n ce c,Habn I si t fTe h oo y r i n tt eo c n lg,Ha bn1 0 0 ) u r i 5 0 1 Ab ta t src Th rg e so h ein,p e a ain,c aa trsisa d eeto h m c lp ro ma c fsl ae ep o rs n ted sg rprt o h rce it n lcrc e a e fr n eo ic t c i i

c t o e ma e i l o i im n b te is i r v e d a h d t r s f rl h u i a t re e iwe .Th u n u c e s r t o a e n t eDF i to u e a t o S eq a t m h mit y me h d b s d o h T i r d c d Sn t c o l h t e d sg f l h u in b t e is Th h o e ia n x e i e t ls u is o h iM S 04 a d i o a c

mp i h e i n o i i m o a t re . s t e t e r t la d e p r n a t d e n t e L z c m i n t s

c mp st r e at r ot ed v lp n fn x e ea in o ih cp ct i im nb teis o o i a ek y fco st h e eo me to e tg n r t fhg -a a i l hu i atre. e o y t oKe r s ywo d lhi o a tr, c to e mae il sl aema eilq a tm h mity c lua in, lcr— i u in b tey ah d tra, ic t tr, u n u c e sr ac lto eeto t m i a

c e c l e o ma c h mia r r n e pf

锂离子电池自 2世纪 9 O O年代商业化以来，由于具有工作电压高、量密度大、能自放电率低、环寿命长、循无记忆效应以及环境友好等优点而成为便携式电子产品的理想电源。近年来新一代电子产品及动力工具的开发与应用对二次电

力n。作为安全廉价正极材料的重要选择，阴离子型的硅]聚酸盐正极材料如 L ei4 L SO也引起了科研工作 i S0和 i F Mn i4者的重点关注，特别是在此类材料的通式 ( i i )由于 L。 04中 MS含有的活性锂较 LF P材料多 1, ie O4倍因此，酸盐聚阴离硅

源系统的比能量和比功率提出了更高要求，而新型高容量电极材料特别是正极材料的设计与制备是获得高性能锂二次电池的关键。

子正极材料的开发为寻找新型高容量电极材料提供了重要的可行性。如在 Li SO4材料中， Mn i由于不同于 L e i i S04 F

化合物中的 F只存在 2价态过渡金属离子 ( e和 F m, e种 F e) Mn在更高的氧化态，存即若从 L。 S 4料中脱出的锂 i Mn i材 0离子超过 1 (位化学式中)那么 Mn (个单， 对应的化合物为 LMn i4就能进一步氧化为 Mn, i S( ) )Ⅳ并最终生成全脱锂态的 Mn S0化合物。如果全脱锂态的化合物是稳定的，么其 I i4 v那对应的可逆容量可以达到 3 3 A /。这将会是自 19 3m hg 91年锂离子电池问

世以来电极材料容量研究领域一个重要的

锂离子电池正极材料主要有无机金属化合物材料、机有分子材料和聚合物材料 3类[,中无机金属化合物材料大 1其]已经由初始的金属硫化物发展到目前应用的金属氧化物。 但是上述正极材料各自具有一些难以克服的缺点，比容量如

偏低、价格较高、环性能不理想以及存在安全隐患等[。循 2]相对于负极材料的研究，在过去一二十年里，管科学家们尽付出诸多努力开发出多种正极材料，具有理想容量的可实但用化材料始终未能得到[。目前商业化锂过渡金属氧化物 3]的理论容量也相对较低，而且材料在充电态时由于具有强的氧化性而易与电解液发生反应，而影响电池的安全性能。从

突破。然而，目前的聚阴离子型硅酸盐正极材料的实际可逆容量大都维持在 lO A /左右， Om hg即使起始几个循环的可逆容量较高，后材料也会发生较大的容量衰减。其

因此，进一步明确此类正极材料的结构特性和嵌脱锂反应机理，找到材料的失效机制和容量衰减原因，完成高容量、 安全性好的复合型聚阴离子硅酸盐正极材料的设计和制备，

以 LFP 4 ie O为代表的聚阴离子型正极材料的出现为下一

代高比能量、高比功率锂离子电池的出现注入了强劲动

*高等学校博士学科点专项科研基金新教师基金 (0 8 2 3 0 4; 2 O O 1 1 6 )国家自然科学基金 (0 7 0 2; 2 6 3 3 )中国博士后科学基金 ( . No20 0 2 8 0; 0 7 4 0 6 )哈尔滨工业大学科研创新基金( T NS I.2 0. 5 HI, R F 0 8 2 )左朋建：,男博士后，师尹鸽平：教授，士生导师讲 女，博 T l0 5—6 0 2 6 Emal u p@hteu c e:4 18 4 3 1 - i z oj i d .a: .

锂离子电池聚阴离子型硅酸盐正极材料的研究进展/左朋建等对于新型正极材料的研究和高比能量锂离子电池的开发都具有重要的理论意义和实用价值。

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2量子化学计算在硅酸盐正极材料中应用的研究量子化学计算已在常用的层状和尖晶石结构的锂过渡金属氧化物研究中得到了广泛的应用，用第一性原理计算采可以从微观的几何和电

子结构角度上进行科学的解释，如热稳定性、离子排列的有序性、结构畸变等微观变化，为材料这的 …… 此处隐藏：12034字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……