锂离子电池正极材料

锂电池负极材料

锂离子电池的负极材料主要可以分为碳基和非碳基两类，其中碳基材料包括天然石墨、人造石墨、软碳、硬碳，非碳基材料包括硅基材料（硅氧、硅碳、硅基合金）、钛酸锂、锡基材料等。相较于正极材料领域磷酸铁锂与三元材料分庭抗礼的局面，负极材料的技术路线相对单一。人造石墨凭借性能稳定、循环性能好、安全性能高、技术发展成熟等优势，常年占据锂电池负极材料市场的绝对主流地位，市场份额超80%。简介：负极材料是锂离子电池的重要原材料之一。负极材料对于锂离子电池的能量密度、循环性能、充放电倍率以及低温放电性能具有影响较大的影响。从锂电池工作原理来看：在充电过程中，锂离子从正极材料中分离，经过电解液嵌入至负极材料中。与此同时，电子由负极材料运动至正极材料。由于负极材料具有较多的微孔，因此到达负极的锂离子将嵌入至微孔中，锂离子可嵌入负极材料的数量越多，电池的充电容量越高。在放电过程中，锂离子从负极材料中脱离，经过电解液嵌入至正极材料。负极的锂离子此时，嵌入至正极材料的锂离子数量越多，电池的放电容量越高。

电池正极是什么材料

电池正极是材料二氧化锰。正极（阴极）二氧化锰是主要成分，用来产生充放电的化学反应、添加成分是为了提高电池的性能；正极材料占有较大比例（正负极材料的质量比为3：1~4：1），因为正极材料的性能直接影响着锂电池的性能，其成本也直接决定电池成本高低。负极（阳极）金属锂或其合金金属为负极材料，这些东西涂在铜箔上、负极上发生的；锂电池的主要构成材料包括电解液、隔离材料、正负极材料等；锂电池主要由正极材料、负极材料、隔膜和电解液等构成。正极材料在锂电池的总成本中占据40%以上的比例，并且正极材料的性能直接影响了锂电池的各项性能指标，所以锂电正极材料在锂电池中占据核心地位。电池属于什么垃圾分类电池属于有害垃圾。有害垃圾包括：充电后可重复使用的5号、7号电池，这类电池属于镍镉、镍氢电池，所含的镍和镉都属于重金属；锂离子电池，主要用于手机、笔记本电脑等，它里面所含的主要金属成分是锂，但是也含有镉、钻、镍等重金属；铅酸电池。主要用于电动自行车，这类电池70%的成分为铅；纽扣电池，如氧化银纽扣电池、碱性锰纽扣电池等。

锂离子电池正极和负极是什么材料

正极是铝箔，负极材料石墨。1.钴酸锂作为正极材料，被应用的时间最早，并且直至目前仍然属于消费电子产品中居于主流的正极材料。钴酸锂与其他正极材料相比较能够看出，其工作过程中电压较高，充电或者放电时电压运行较为平稳，能够符合大电流的要求，具有较强的循环性能，电导效率较高，材料以及锂离子电池等工艺较为稳定。2.三元正极材料具有较为显著的三元协同效应，其与钴酸锂相比较能够看出，在热稳定性方面存在较大的优势，并且生产成本较为低廉，能够成为钴酸锂最佳代替材料。但是其密度较低、循环性能方面也有待提高。对此，可以采用改进合成工艺以及离子掺杂等进行调整。3.磷酸亚铁锂在充电和放电方面具有良好的循环性能以及热稳定性，在使用过程中具有较强的安全保障，并且该材料绿色环保，不会对环境造成严重的损害，同时价格也较为低廉，被我国电池工业认为是进行大型电池模块生产的最佳材料。4.锰酸锂在应用中具有较强的安全性以及抗过充性，由于我国锰资源较为丰富，因此价格较为低廉，对环境的污染较小，无毒无害，工业制备操作较为简便。但是其在充电或者放电过程中，由于尖晶石结构不稳定，容易出现Jahn-Teller效应，再加上高温状态下锰的溶解，容易缩减锂离子电池容量，因此其应用也受到了较大的限制。

生产锂电池主要用到哪些原材料

锂电池材料构成主要有：正极材料、负极材料、隔膜、电解液。1.在正极材料当中，最常用的材料有钴酸锂，锰酸锂，磷酸铁锂和三元材料(镍钴锰的聚合物)。正极材料占有较大比例（正负极材料的质量比为3: 1~4：1）,因为正极材料的性能直接影响着锂离子电池的性能，其成本也直接决定电池成本高低。2.在负极材料当中，目前负极材料主要以天然石墨和人造石墨为主。正在探索的负极材料有氮化物、PAS、锡基氧化物、锡合金、纳米负极材料，以及其他的一些金属间化合物等。负极材料作为锂电池四大组成材料之一,在提高电池的容量以及循环性能方面起到了重要作用,处于锂电池产业中游的核心环节。3.市场化的隔膜材料主要是以聚乙烯（polyethylene，PE）、聚丙烯（polypropylene，PP）为主的聚烯烃（Polyolefin）类隔膜。锂电池的结构中，隔膜是关键的内层组件之一。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。4.电解液一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐、必要的添加剂等原料，在一定条件下、按一定比例配制而成的。电解液在锂电池正、负极之间起到传导离子的作用，是锂离子电池获得高电压、高比能等优点的保证。扩展资料“锂电池”，是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。锂电池大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池不含有金属态的锂，并且是可以充电的。可充电电池的第五代产品锂金属电池在1996年诞生，其安全性、比容量、自放电率和性能价格比均优于锂离子电池。由于其自身的高技术要求限制，现在只有少数几个国家的公司在生产这种锂金属电池。锂金属电池一般是使用二氧化锰为正极材料、金属锂或其合金金属为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。参考资料来源：百度百科—锂电池

锂电池的主要材料是什么？

锂电池材料主要分为：碳负极材料：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。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。没有商业化产品。氮化物：也没有商业化产品。合金类：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 ，也没有商业化产品。纳米级：纳米碳管、纳米合金材料。纳米氧化物拓展资料：“锂电池”，是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。1912年锂金属电池最早由Gilbert N. Lewis提出并研究。20世纪70年代时，M. S. Whittingham提出并开始研究锂离子电池。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。所以，锂电池长期没有得到应用。随着科学技术的发展，现在锂电池已经成为了主流。 锂电池大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池不含有金属态的锂，并且是可以充电的。可充电电池的第五代产品锂金属电池在1996年诞生，其安全性、比容量、自放电率和性能价格比均优于锂离子电池。由于其自身的高技术要求限制，现在只有少数几个国家的公司在生产这种锂金属电池。发展介绍：自从2007年苹果公司发布智能手机，随后又推出平板电脑以来，全球便进入了智能化时代，对智能手机和平板电脑的强烈需求快速推动了数码锂电池的销量，其中以手机锂电池销量最大。据《中国锂电池行业产销需求与投资预测分析报告前瞻》数据统计，2012年我国新能源汽车、电网储能、特种车、通信基站等领域的成品锂电池组市场规模为35亿元，比2011年的26亿元增长34.6%。其中新能源汽车的应用占比为57%。2012年数码锂电池行业产品结构的快速调整，一方面使软包锂电池、圆柱锂电池的销量快速增加，并保持30%以上的增速，另一方面又使铝壳方形锂电池的市场规模迅速萎缩。整个数码锂电池行业正在经历深刻的变化，对投资者而言，能否在变革中把握市场趋势的变化决定了公司未来命运。

锂离子电池正极材料主要有哪些

主要包括：锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物和聚阴离子正极材料系列。
1. 锂钴氧化物
锂钴氧化物是现阶段商品化锂离子电池中应用最成功、最广泛的正极材料。其在可逆性、放电容量、充放电效率和电压稳定方面是比较好的。
LiCoO2属于α-NaFeO2型结构，它具有二维层状结构，适合锂离子的脱嵌，其理论容量为274mAh/g，但在实际应用中，由于结构稳定性的限制，最多只能把晶格中的一半Li+脱出，因此实际比容量约为140mAh/g 左右，其平均工作电压高达3.7V[60]。因其容易制备，具有电化学性能高，循环性能好、性能稳定和充放电性能优良等优点，成为最早大规模商业化应用于锂离子电池的正极材料，目前商品化锂离子电池70%以上仍然采用钴酸锂作为其正极材料。
LiCoO2一般采用高温固相法制备，该种方法工艺简单、容易操作、适宜于工业化生产，但是也存在着以下缺点：反应物难以混合均匀，需要较高的反应温度和较长的反应时间，能耗大，产物颗粒较大，形貌不规则，均匀性差，并且难以控制，从而导致电化学性能重现性差。为了克服固相反应的缺点，溶胶-凝胶法[61,62]、水热法[63]、共沉淀法[64]、模板法[65]等方法被用来制备LiCoO2，这些方法的优点是可以使Li+和Co2+之间充分接触，基本达到原子水平的混合，容易控制产物的粒径和组成。但是这类制备方法工序比较繁琐，工艺流程复杂，成本高，不适用于工业化生产。
2. 锂镍氧化物
镍酸锂（LiNiO2）为立方岩盐结构，与LiCoO2相同，但其价格比LiCoO2低。LiNiO2理论容量为276mAh/g，实际比容量为140~180mAh/g，工作电压范围为2.5V~4.2V[66]，无过充或过放电的限制，具有高温稳定性好，自放电率低，无污染，是继LiCoO2之后研究得较多的层状化合物。但LiNiO2作为锂离子电池正极材料存在以下问题亟待研究解决。
首先，LiNiO2制备困难，要求在富氧气氛下合成，工艺条件控制要求较高且易生成非计量化合物。LiNiO2合成技术的关键是将低价的镍完全转变为高价镍，高温虽然可以实现LiNiO2的高效合成，但由于温度超过600℃时合成过程中的Ni2O3易分解成NiO2，不利于LiNiO2的形成，所以必须选用苛刻的低温合成方法。此外，在制备三方晶系的LiNiO2过程中，容易生成立方晶系的LiNiO2，由于立方晶系的LiNiO2在非水电解质溶液中无活性，因此，工艺条件控制不当，极易导致LiNiO2材料的电化学性能不稳定或下降[67,68]。
其次，LiNiO2与LixCoO2一样，在充放电过程中，也会发生从三方晶系到单斜晶系的转变，导致容量衰减[69]，与此同时，相变过程中排放的O2可能与电解液反应，此外，LiNiO2在高脱锂状态下的热稳定性也较差[70,71]，，易于引发安全性问题。可喜的是，通过掺入少量Cu、Mg、Al、Ti、Co等金属元素[72,73]，可使LiNiO2获得较高的放电平台和电化学循环稳定性。
3. 锂锰氧化物
我国锰资源储量丰富，而且锰无毒，污染小，因此层状结构的LiMnO2和尖晶石型的LiMn2O4都成为了正极材料研究的热点。
锂锰氧化物主要有层状LiMnO2和尖晶石型LiMn2O4两类。LiMnO2属于正交晶系，岩盐结构，氧原子分布为扭变四方密堆结构，其空间点群为Pmnm，理论比容量达到286mAh/g，充放电范围为2.5~4.3V，是一种较有开发前景的正极材料。缺点是其在循环过程中，晶型易转变为尖晶石型结构，使其比容量下降。目前提高其电化学性能的手段有掺杂和合成复合材料等[74]。LiMn2O4为尖石型结构，立方晶系，Fd3m点群，其Mn2O4框架是一个四面体与八面体共面的三维结构，Li从Mn2O4框架中进行嵌入/脱嵌，在Li+嵌/脱过程中晶体各向同性地膨胀/收缩，晶体结构体积变化极小。尖石型结构LiMn2O4可以产生4.0 V的高电压平台，理论容量为148mAh/g，与LiCoO2容量接近。尖石型结构LiMn2O4不但可以进行锂的完全脱嵌，还可通过改变掺杂离子的种类和数量及掺杂阴(阳)离子来改变电压、容量和循环性能。尖晶石型LiMn2O4作为锂离子电池正极材料，循环过程中容量会发生缓慢衰减，影响其应用。容量缓慢衰减主要有以下三方面原因[75,76]：(1) 锰在电解液中发生溶解；(2) Jahn-Teller效应致使结构破坏；(3) 因为Mn4+的氧化性，高度脱锂后的尖晶石结构不稳定。目前通常采用掺杂或包覆等方法对其电化学性能进行改善[77]。
4. 锰镍钴复合氧化物
层状锰镍钴复合氧化物正极材料综合了LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2 三种层状材料的优点，其综合性能优于以上任一单一组分正极材料，存在明显的三元协同效应：通过引入Co，能够减少阳离子混合占位情况，有效稳定材料的层状结构；通过引入Ni，可提高材料的容量；通过引入Mn，不仅可以降低材料成本，而且还可以提高材料的安全性。而LiMnxNiyCo1-x-yO2材料充放电平台略高于LiCoO2，适合现有各类锂离子电池应用产品，有望取代现有各类其他正极材料。
5. 锂钒氧化物
钒为多价态金属，与锂可形成多种氧化物，主要包括层状的LiVO2、LixV2O4、Li1+xV3O8和尖晶石型LiV2O4、反尖晶石型LiVMO4(M=Ni, Co)。
1957年Wadsley提出用层状Li1+xV3O8作为锂离子电池正极材料[78]。层状Li1+xV3O8的结构由八面体和三角双锥组成，锂离子位于八面体位置，与层之间用离子键固定，过量的锂占据层间四面体位置。这种结构使其循环性能非常稳定，缺点是材料的电导率低，氧化性强，改进的方法有在层状结构中嵌入无机分子[79]、材料采用超声波处理[80]等。层状Li1+xV3O8的合成方法主要有高温固相法和液相反应法。层状Li1+xV3O8具有比容量高、循环性能好的优点，因此成为一种很有潜力的锂离子电池正极材料。但Li1+xV3O8电压平台较低，在2～3.7V之间存在多个平台，而且其导电率低，氧化能力强，易导致有机电解液分解。
6. 锂铁氧化物
随着锂二次电池的出现，人们对可脱嵌锂离子的层状LiFeO2就进行了许多深入的研究[81, 82]。但由于Fe4+/Fe3+电对的Fermi能级与Li+/Li的相隔太远，而Fe3+/Fe2+电对又与Li+/Li的相隔太近，因此层状LiFeO2一直未能得到应用。1997年Padhi [83]等首次报道具有橄榄石型结构的LiFePO4能可逆地嵌入和脱嵌锂离子。PO43-不但把Fe3+/Fe2+电对能级降低到能应用的级别，而且通过强的Fe-O-P的诱导效应稳定了Fe3+/ Fe2+的反键态，使Fe具有较强的离子性，从而产生了3.4伏左右的高电位。但因其导电性差，不适宜大电流充放电，无法实际应用，所以当时未受到重视。近几年来，随着对LiFePO4导电机理的认识不断提高，各种改善其导电性能的方法不断出现，使LiFePO4的实际应用成为了可能。Thackeray[84]认为LiFePO4的发现，标志着“锂离子电池一个新时代的到来”。

锂离子电池正极材料有哪些种类

主要包括：锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物和聚阴离子正极材料系列。
1. 锂钴氧化物
锂钴氧化物是现阶段商品化锂离子电池中应用最成功、最广泛的正极材料。其在可逆性、放电容量、充放电效率和电压稳定方面是比较好的。
LiCoO2属于α-NaFeO2型结构，它具有二维层状结构，适合锂离子的脱嵌，其理论容量为274mAh/g，但在实际应用中，由于结构稳定性的限制，最多只能把晶格中的一半Li+脱出，因此实际比容量约为140mAh/g 左右，其平均工作电压高达3.7V。因其容易制备，具有电化学性能高，循环性能好、性能稳定和充放电性能优良等优点，成为最早大规模商业化应用于锂离子电池的正极材料，目前商品化锂离子电池70%以上仍然采用钴酸锂作为其正极材料。
LiCoO2一般采用高温固相法制备，该种方法工艺简单、容易操作、适宜于工业化生产，但是也存在着以下缺点：反应物难以混合均匀，需要较高的反应温度和较长的反应时间，能耗大，产物颗粒较大，形貌不规则，均匀性差，并且难以控制，从而导致电化学性能重现性差。为了克服固相反应的缺点，溶胶-凝胶法、水热法、共沉淀法、模板法等方法被用来制备LiCoO2，这些方法的优点是可以使Li+和Co2+之间充分接触，基本达到原子水平的混合，容易控制产物的粒径和组成。但是这类制备方法工序比较繁琐，工艺流程复杂，成本高，不适用于工业化生产。
2. 锂镍氧化物
镍酸锂（LiNiO2）为立方岩盐结构，与LiCoO2相同，但其价格比LiCoO2低。LiNiO2理论容量为276mAh/g，实际比容量为140~180mAh/g，工作电压范围为2.5V~4.2V，无过充或过放电的限制，具有高温稳定性好，自放电率低，无污染，是继LiCoO2之后研究得较多的层状化合物。但LiNiO2作为锂离子电池正极材料存在以下问题亟待研究解决。
首先，LiNiO2制备困难，要求在富氧气氛下合成，工艺条件控制要求较高且易生成非计量化合物。LiNiO2合成技术的关键是将低价的镍完全转变为高价镍，高温虽然可以实现LiNiO2的高效合成，但由于温度超过600℃时合成过程中的Ni2O3易分解成NiO2，不利于LiNiO2的形成，所以必须选用苛刻的低温合成方法。此外，在制备三方晶系的LiNiO2过程中，容易生成立方晶系的LiNiO2，由于立方晶系的LiNiO2在非水电解质溶液中无活性，因此，工艺条件控制不当，极易导致LiNiO2材料的电化学性能不稳定或下降。
其次，LiNiO2与LixCoO2一样，在充放电过程中，也会发生从三方晶系到单斜晶系的转变，导致容量衰减[69]，与此同时，相变过程中排放的O2可能与电解液反应，此外，LiNiO2在高脱锂状态下的热稳定性也较差，易于引发安全性问题。可喜的是，通过掺入少量Cu、Mg、Al、Ti、Co等金属元素，可使LiNiO2获得较高的放电平台和电化学循环稳定性。
3. 锂锰氧化物
我国锰资源储量丰富，而且锰无毒，污染小，因此层状结构的LiMnO2和尖晶石型的LiMn2O4都成为了正极材料研究的热点。
锂锰氧化物主要有层状LiMnO2和尖晶石型LiMn2O4两类。LiMnO2属于正交晶系，岩盐结构，氧原子分布为扭变四方密堆结构，其空间点群为Pmnm，理论比容量达到286mAh/g，充放电范围为2.5~4.3V，是一种较有开发前景的正极材料。缺点是其在循环过程中，晶型易转变为尖晶石型结构，使其比容量下降。目前提高其电化学性能的手段有掺杂和合成复合材料等[74]。LiMn2O4为尖石型结构，立方晶系，Fd3m点群，其Mn2O4框架是一个四面体与八面体共面的三维结构，Li从Mn2O4框架中进行嵌入/脱嵌，在Li+嵌/脱过程中晶体各向同性地膨胀/收缩，晶体结构体积变化极小。尖石型结构LiMn2O4可以产生4.0 V的高电压平台，理论容量为148mAh/g，与LiCoO2容量接近。尖石型结构LiMn2O4不但可以进行锂的完全脱嵌，还可通过改变掺杂离子的种类和数量及掺杂阴(阳)离子来改变电压、容量和循环性能。尖晶石型LiMn2O4作为锂离子电池正极材料，循环过程中容量会发生缓慢衰减，影响其应用。容量缓慢衰减主要有以下三方面原因：(1) 锰在电解液中发生溶解；(2) Jahn-Teller效应致使结构破坏；(3) 因为Mn4+的氧化性，高度脱锂后的尖晶石结构不稳定。目前通常采用掺杂或包覆等方法对其电化学性能进行改善。
4. 锰镍钴复合氧化物
层状锰镍钴复合氧化物正极材料综合了LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2 三种层状材料的优点，其综合性能优于以上任一单一组分正极材料，存在明显的三元协同效应：通过引入Co，能够减少阳离子混合占位情况，有效稳定材料的层状结构；通过引入Ni，可提高材料的容量；通过引入Mn，不仅可以降低材料成本，而且还可以提高材料的安全性。而LiMnxNiyCo1-x-yO2材料充放电平台略高于LiCoO2，适合现有各类锂离子电池应用产品，有望取代现有各类其他正极材料。
5. 锂钒氧化物
钒为多价态金属，与锂可形成多种氧化物，主要包括层状的LiVO2、LixV2O4、Li1+xV3O8和尖晶石型LiV2O4、反尖晶石型LiVMO4(M=Ni, Co)。
1957年Wadsley提出用层状Li1+xV3O8作为锂离子电池正极材料[78]。层状Li1+xV3O8的结构由八面体和三角双锥组成，锂离子位于八面体位置，与层之间用离子键固定，过量的锂占据层间四面体位置。这种结构使其循环性能非常稳定，缺点是材料的电导率低，氧化性强，改进的方法有在层状结构中嵌入无机分子[79]、材料采用超声波处理等。层状Li1+xV3O8的合成方法主要有高温固相法和液相反应法。层状Li1+xV3O8具有比容量高、循环性能好的优点，因此成为一种很有潜力的锂离子电池正极材料。但Li1+xV3O8电压平台较低，在2～3.7V之间存在多个平台，而且其导电率低，氧化能力强，易导致有机电解液分解。
6. 锂铁氧化物
随着锂二次电池的出现，人们对可脱嵌锂离子的层状LiFeO2就进行了许多深入的研究[81, 82]。但由于Fe4+/Fe3+电对的Fermi能级与Li+/Li的相隔太远，而Fe3+/Fe2+电对又与Li+/Li的相隔太近，因此层状LiFeO2一直未能得到应用。1997年Padhi [83]等首次报道具有橄榄石型结构的LiFePO4能可逆地嵌入和脱嵌锂离子。PO43-不但把Fe3+/Fe2+电对能级降低到能应用的级别，而且通过强的Fe-O-P的诱导效应稳定了Fe3+/ Fe2+的反键态，使Fe具有较强的离子性，从而产生了3.4伏左右的高电位。但因其导电性差，不适宜大电流充放电，无法实际应用，所以当时未受到重视。近几年来，随着对LiFePO4导电机理的认识不断提高，各种改善其导电性能的方法不断出现，使LiFePO4的实际应用成为了可能。Thackeray认为LiFePO4的发现，标志着“锂离子电池一个新时代的到来”。
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锂离子电池负极材料和正极材料有什么区别吗

锂离子电池正极材料和负极材料的重要差别是电位的不同。正极材料的电位较高，负极材料的电位较低，这样才能形成较大的电位差，是电池构成的重要前提。负极重要是用的石墨，是C的一种，正极使用的过度金属的氧化物，如钴酸锂或者是锰酸锂，磷酸铁锂等。锂离子电池对正极材料的基本要求：1、材料自身电位高，这样才能与负极材料之间形成较大的电位差，带来高能量密度的电芯设计。2、材料比表面积大，有大量的嵌锂位置，而且锂离子的嵌入通道相对较短，则嵌入和脱嵌更容易。3、材料的扩散系数大，较强的嵌入和脱嵌的能力，这样锂离子才能在材料内部迅速移动，这是影响电芯内阻的因素，也是影响功率特性的因素。锂离子电池对负极材料的基本要求：1.允许较多的锂离子可逆脱嵌，比容量较高。2.在充放电过程中结构相对稳定，具有较长的循环寿命。3.能够与电解液形成稳定的固体电解质膜，保证较高的库仑效率。