最全新能源材料-鋰離子電池材料189張課件

1、目錄123456鋰電池生產(chǎn)工藝 與發(fā)展趨勢電解質(zhì)材料隔膜材料負極材料正極材料鋰離子電池概述目錄123456鋰電池生產(chǎn)工藝 與發(fā)展趨勢電解質(zhì)材料隔膜材Part 1鋰離子電池概述發(fā)展歷程工作原理結(jié)構(gòu)與分類相關(guān)術(shù)語Part 1鋰離子電池概述發(fā)展工作原理結(jié)構(gòu)與分類相關(guān)術(shù)語什么是電池？通過電化學(xué)反應(yīng)將電極材料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的系統(tǒng)。1800年，意大利伏特（Volt）發(fā)明了人類歷史上第一套電池裝置，劃時代意義！在該裝置中，用浸泡在堿溶液中的布 隔開兩種金屬的堆積片，再以導(dǎo)線連接兩端產(chǎn)生電流。這是我們今天所認識的電池的最初形式。什么是電池？通過電化學(xué)反應(yīng)將電極材料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的最全新能源材料

2、-鋰離子電池材料189張課件鋰一次電池 (又稱鋰原電 池, Primary LB)鋰電池(Lithium Battery,簡寫成LB)鋰二次電池 (又稱鋰可充 電電池，RechargeableLB)鋰一次電池 (又稱鋰原電 池, Primary LB)鋰電鋰是自然界最輕的金屬元素，金屬鋰標(biāo)準(zhǔn)氫電極Standard hydrogen electrode具有較低的電極電位（-3.045V vs. SHE）高的理論比容量 3860 mAh/g。0.53gcm-3鋰是自然界最輕的金屬元素，金屬鋰標(biāo)準(zhǔn)氫電極具有較低的電極電位材料名稱原子量25的標(biāo)準(zhǔn)電極電位(V)密度(g/cm3)熔點()化合價變化電化當(dāng)

3、量Ah/gg/AhAh/cm3Li6.94-3.050.534180.513.860.2592.08Na23.0-2.70.9797.811.160.8581.12Mg24.3-2.41.7465022.200.4543.80Al26.9-1.702.765932.980.3358.10Ca40.1-2.871.5485121.340.7482.06Fe55.8-0.447.85152820.961.047.50Zn65.4-0.767.1341920.821.225.80Cd112-0.408.6532120.482.084.10Pb207-0.1311.332720.263.852.90金

4、屬鋰在所有金屬中最輕、氧化還原電位最低、重量能量密度最大以鋰為負極組成的電池具有電壓高和能量密度大等特點。主要電池負極材料的物理化學(xué)性能材料25的標(biāo)準(zhǔn)密度熔點化合價電化當(dāng)量Ah/gg/AhAh/鋰一次電池primary lithium battery定義：放電后不能再充電使其復(fù)原的電池，是一種高能化學(xué)原電池。組成以金屬鋰為負極，固體鹽類或溶于有機溶劑的鹽類為電解質(zhì)，金屬氧化物或其他固體、液體氧化劑為正極活性物。通用的圓形鋰二氧化 錳(Li/MnO2)電池和鋰氟化碳Li/(CFx)n電池分別用字母CR和BR表 示，其后的數(shù)字表示電池的型號。鋰一次電池是這一類以使用金屬鋰為負極材料的化學(xué)電源系列的

5、總稱。鋰一次電池primary lithium battery定義當(dāng)前70年代60年代的能源危機多種材料應(yīng)用于鋰一次電池鋰一次電池商品化鋰一次電池大發(fā)展20世紀(jì)50年代開始鋰一次電池的研究手表、計算器、植入式醫(yī)療設(shè)備Li-MnO2、Li-CuO、Li-SOCl2、Li-SO2、Li-Ag2CrO4等鋰一次電池發(fā)展史當(dāng)前70年代60年代的能源危機多種材料應(yīng)用于鋰一次電池鋰一次鋰一次電池primary lithium battery鋰一次電池的標(biāo)稱電壓有1.5V級和3.0V級兩種。鋰電池的結(jié)構(gòu)形式常見的有圓柱碳包式、方型疊片式、圓柱疊片式、圓柱 卷繞式、方型卷繞式等。應(yīng)用領(lǐng)域：主要用于照相機、計算

6、器等小型電器中。鋰一次電池具有比能量高、壽命長、耐漏液等優(yōu)點，但安全性較差、電池不可充電！目前已經(jīng)可以商品化生產(chǎn)的鋰電池鋰碘電池（Li/I2）鋰二氧化錳電池（Li/MnO2）鋰氧化銅電池（Li/CuO）鋰聚氟化碳電池（Li/(CF)n） 鋰亞硫酰氯電池（Li/SOCl2）鋰二氧化硫電池（Li/SO2）等。我國生產(chǎn)的鋰電池主要是 圓柱型和扣式鋰二氧化錳Li/MnO2電池鋰一次電池primary lithium battery鋰一循環(huán)100次形成的鋰枝晶圖 背景：在商業(yè)化鋰一次電池的同時，人們發(fā)現(xiàn)許多層狀無機硫族化合物可以同堿金屬發(fā)生可逆反應(yīng)，這樣的化合物統(tǒng)稱為嵌入化合物。在嵌入化合物基 礎(chǔ)上，鋰

7、二次電池誕生了。其中最具有代表性的是1970年?？松镜腗.S.Whittingham利用Li-TiS2體系，制成首個鋰二次電池。Whittingham M SUSPatent 40090521977Whittingham M SScience，1975，192：1226鋰二次電池Seconary battery定義：可反復(fù)進行充放 電而多次使用的電池循環(huán)100次形成的鋰枝晶圖 鋰二次電池Seconary ba最全新能源材料-鋰離子電池材料189張課件鎳氫電池鎳鎘電池商品化鋰二次電池1859年發(fā)明鉛酸電池，并與1882年實現(xiàn)其商品化。 成為最先得到應(yīng)用的充電電池體系，常用于 機動車輛的儲能電

8、池。PbO2+H2SO4+Pb 2PbSO4+2H2O1899年發(fā)明鎳鎘電池（Ni-Cd），1951年實現(xiàn)其密閉化。20世紀(jì)初實現(xiàn)其商品化，20世紀(jì)80年迅速發(fā)展，用于小型電器中的一次電池。Cd+NiOOH+4H2O Cd(OH)2+2Ni(OH)2H 2O20世紀(jì)90年代早期鎳氫電池（Ni-MH）得到發(fā)展， 并取代部分鎳鎘電池。M+xNi(OH)2 MHx+xNiOOH鎳氫電池鎳鎘電池商品化鋰二次電池1859年發(fā)明鉛酸電池，鋰離子電池發(fā)展史鋰離子電池發(fā)展史鋰與過渡金屬的復(fù)合氧化物鋰離子電池的產(chǎn)生鋰離子電池比能量電壓層狀結(jié)構(gòu)的石墨負極120-150Wh/kg 是普通鎳鎘電池 的2-3倍高達3.

9、6V正極20世紀(jì)80年代末，日本Sony公司提出者1990年發(fā)明鋰離子電池1991年鋰離子電池實現(xiàn)商品化1995年發(fā)明聚合物鋰離子電池，1999年商品化。鋰與過渡金屬的鋰離子電池的產(chǎn)生鋰離子電池比能量電壓層狀結(jié)構(gòu)的鋰離子電池的概念鋰離子電池是指依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作的二次電池(充電電池)。1990年日本索尼公司采用可以使鋰離子嵌入和脫 嵌的碳材料代替金屬鋰和采用可以脫嵌和可逆嵌 入鋰離子的高電位氧化鈷鋰正負極材料和與正負 極能相容的LiPF6 EC + DEC電解質(zhì)（乙烯碳酸 脂（EC）加入不同的醚和線性碳酸脂而形成EC 電解液體系）后，終于研制出新一代實用化的新 型鋰離子蓄電池

10、。鋰離子電池的概念鋰離子電池是指依靠鋰離子在正極和負極之間移動鋰離子電池的商品化1990年日本SONY公司正式推出LiCoO2/石墨這種鋰離子 電池，該電池成功的利用能可逆脫嵌鋰的碳材料替代金屬鋰作為負極，克服了鋰二次電池循環(huán)壽命低、安全性差的缺點， 鋰離子電池得以商品化。標(biāo)志著電池工業(yè)的一次革命。1 Nagaura, T. & Tozawa, K.Lithium ion rechargeable battery.Prog. Batteries Solar Cells 9, 209 (1990)2 專利號: JP4147573-A ; JP3028582-B2 ; US5370710-A發(fā)明人

11、: KATO H, NAGAURA T專利權(quán)人和代碼:SONY CORP(SONY-C)3 專利號: EP486950-A ; EP486950-A1 ; CA2055305-A ; JP4184872-A ; JP4280082-A ; US5292601-A ; EP486950-B1 ; DE69103384-E ; JP3079613-B2 ; JP3089662-B2 ;JP2000268864-A ; CA2055305-C ; JP3356157-B2 發(fā)明人: SUGENO N, ANZAI M, NAGAURA T 專利權(quán)人和代碼:SONY CORP(SONY-C)4 專利號

12、: JP5036413-A ; JP3282189-B2 ; US5273842-A發(fā)明人: NAGAURA T, YAMAHIRA T專利權(quán)人和代碼:SONY CORP(SONY-C)鋰離子電池的商品化1990年日本SONY公司正式推出LiCo搖椅式電池 20世紀(jì)80年代初，M.B.Armand首次提出用嵌鋰化合物代替二次鋰電池中金屬鋰負極的構(gòu)想。在新的系統(tǒng)中，正極和負極材料均采用鋰離子嵌入/脫嵌材料。 當(dāng)對電池進行充電時，正極的含鋰化合物有鋰離子脫出，鋰離子經(jīng)過電 解液運動到負極。負極的炭材料呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，到達負極的鋰 離子嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。當(dāng)

13、對電池進 行放電時（即我們使用電池的過程），嵌在負極碳層中的鋰離子脫出，又運 動回正極?；卣龢O的鋰離子越多，放電容量越高。我們通常所說的電池容量 指的就是放電容量。 Michel Armand, Philippe Touzain.Graphite intercalation compounds as cathode materials.Materials Science and Engineering. Volume 31,1977,319-329Armand M BPhD thesis ， Grenoble，1978Armand M BMaterials for Advanced Batte

14、ry New York：Plenum，1980145搖椅式電池 20世紀(jì)80年代初，M Armand教授是鋰離子電池的奠基人之 一，是國際學(xué)術(shù)和產(chǎn)業(yè)界公認的、在電池領(lǐng) 域具有原始創(chuàng)新成果的電池專家。Armand教 授主要原創(chuàng)性學(xué)術(shù)貢獻有： 1.1977年，首次發(fā)現(xiàn)并提出石墨嵌鋰化合物 作為二次電池的電極材料。在此基礎(chǔ)上，于 1980年首次提出“搖椅式電池”（Rocking Chair Batteries）概念，成功解決了鋰負 極材料的安全性問題。 2.1978年，首次提出了高分子固體電解質(zhì)應(yīng) 用于鋰電池。 3.1996年，提出離子液體電解質(zhì)材料應(yīng)用于 染料敏化太陽能電池。 4.提出了碳包覆解決

15、磷酸鐵鋰（LiFePO4） 正極材料的導(dǎo)電性問題，為動力電池及電動 汽車的產(chǎn)業(yè)化奠定了基礎(chǔ)。 M. Armand Armand教授是鋰離子電池的奠基人之 一，是國際學(xué)電池技術(shù)的發(fā)展及隨之能量密度變化圖鉛酸電池目前主要的 應(yīng)用市場是車輛啟動、 以電動二輪和三輪車 為代表的交通工具、 UPS電源等領(lǐng)域，其中 車輛啟動市場占比約 70。鎳鎘電池用量最大的 電動工具市場鎳氫電池用量最大 的混合動力汽車 (HEV)市場鋰離子電池自誕生 之日起，就在搶占 其他二次電池的市 場份額，同時還在 創(chuàng)造新的市場需求電池技術(shù)的發(fā)展及隨之能量密度變化圖鉛酸電池目前主要的 應(yīng)用市鋰離子電池特點電池種類工作電壓/V比能量

16、/(Wh/kg)比功率(W/kg)循環(huán)壽 命/次自放電率102/月鉛酸電池2.0305015015030鎳鎘電池1.245 5517017025鎳氫電池1.270 8025025020鋰離子電池3.6120 250300 150010002四種二次電池的基本性能比較鋰離子電池特點電池種類工作電壓比能量比功率循環(huán)壽 命/次自放最全新能源材料-鋰離子電池材料189張課件能量密度高能量轉(zhuǎn)換率高自放電率小循環(huán)壽命長轉(zhuǎn)換率達到96%，而Ni-MxH為5565%，Ni-Cd為5575%；比能量達180Wh/kg，是Ni-Cd電池4倍，Ni-MxH電池2倍；達到3.6V，相當(dāng)于3節(jié)Ni-Cd或Ni-MxH電

17、池；ICR 18650型鋰離子電池能循環(huán)1000次，容量保持率85%以上；鋰離子電池自放電率小于2%/月；不含重金屬及有毒物質(zhì)，無環(huán)境污染，是真正的綠色電源。環(huán)境友好可以隨時充放電；無記憶效應(yīng)法國Saft公司研制的鋰離子電池的功率密度達到4000W/kg；可高倍率充放電鋰離子電池具有以下主要優(yōu)點能量密度高能量轉(zhuǎn)換率高自放電率小循環(huán)壽命長轉(zhuǎn)換率達到96%，3C就是計算機、通訊及消費電子的總稱3C就是計算機、通訊及消費電子的總稱最全新能源材料-鋰離子電池材料189張課件最全新能源材料-鋰離子電池材料189張課件全球鋰離子電池的生產(chǎn)以日本公司為主，SONY公司最多 還有SANYO、NEC、索尼、松下

18、等韓國的LG、SAMSUNG美國的GS、A&T和Maxell中國的比亞迪、比克、力神等。鋰離子電池主要生產(chǎn)廠商全球鋰離子電池的生產(chǎn)以日本公司為主，SONY公司最多 還有S鋰離子電池工作原理充電（charge）放電時（discharge）充電時，Li離子從正極脫 嵌，通過電解質(zhì)和隔膜， 嵌入負極，使負極處于富 Li離子態(tài)，正極處于貧Li 態(tài)；放電時，Li離子從負 極脫嵌進入正極。鋰離子電池工作原理充電（charge）充電時，Li離子從正極e ee e放電過程鋰離子電池工作原理動態(tài)示意圖e e放電過程鋰離子電池工作原理動態(tài)示意圖最全新能源材料-鋰離子電池材料189張課件正極（positive el

19、ectrode）放電時，電子從外部電路流入電位較高的電極。此時，除稱為正極外，由于發(fā)生還原反應(yīng)，也稱為陰極（cathde）負極（negative electrode）放電時，電子從外部電路流出、電位較低的電極。此時，除稱為負極外，由于發(fā)生氧化反應(yīng)，也稱為陽極（anode）與鋰離子電池相關(guān)的基本概念正極（positive electrode）與鋰離子電池相關(guān)鋰進入到正極材料的過程（3）嵌入（intercalate / insert）與鋰離子電池相關(guān)的基本概念脫嵌（deintercalate / remove）鋰從正極材料出來的過程標(biāo)稱電壓（normal voltage）電池0.2C放電時全過程的

20、平均電壓。標(biāo)稱容量（normal capacity）電池0.2C放電時的放電容量。開路電壓（open circuit voltage, OCV）電池沒有負荷時正負極兩端的電壓。一般情況下，鋰離子電池充滿電后開路電壓為4.14.2V左右，放電后開 路電壓為3.0V左右。通過對電池的開路電壓的檢測，可以判斷電池的荷 電狀態(tài)。 鋰進入到正極材料的過程（3）嵌入（intercalate /在電池放電工作狀態(tài)下，當(dāng)電流流過電池內(nèi)部時，不需克服電池的內(nèi)阻所造成 阻力，故工作電壓總是低于開路電壓，充電時則與之相反。鋰離子電池的放電 工作電壓在3.6V左右。 （8）閉路電壓（closed circuit vo

21、ltage, CCV）也稱為工作電壓，是電池有負 荷時正負極兩端的電壓。在電池放電工作狀態(tài)下，當(dāng)電流流過電池內(nèi)部時，不需克服電池的內(nèi)電池正負極兩端之間的電阻。（9）內(nèi)阻（internal resistance）與電池相關(guān)的基本概念有歐姆內(nèi)阻與極化內(nèi)阻兩部分組成。電池內(nèi)阻值大，會導(dǎo)致電池放電工作 電壓降低，放電時間縮短。內(nèi)阻大小主要受電池的材料、制造工藝、電池 結(jié)構(gòu)等因素的影響。電池內(nèi)阻是衡量電池性能的一個重要參數(shù)。（10）電池容量電池的容量有額定容量和實際容量之分。 鋰離子電池規(guī)定在常溫、恒流(1C)、恒壓 (4.2V)控制的充電條件下，充電3h、再以0.2C放電至2.75V時，所放出的電量為

22、其額定容量。 電池的實際容量是指電池在一定的放電條件下 所放出的實際電量，主要受放電倍率和溫度的 影響（故嚴(yán)格來講，電池容量應(yīng)指明充放電條 件）。 容量單位：mAh、Ah)。電池正負極兩端之間的電阻。（9）內(nèi)阻（internal re循環(huán)壽命（cycle life）在一定條件下，將充電電池進行反復(fù)充放電，當(dāng)容量等電池性能達到 規(guī)定的要求以下時所能發(fā)生的充放電次數(shù)。鋰離子電池GB規(guī)定，1C條件 下電池循環(huán)500次后容量保持率在60%以上。 容量密度（capacity density）單位質(zhì)量或單位體積所能釋放出的電量，一般用mAh /L或 mAh /kg表示。能量密度（energy densit

23、y）單位質(zhì)量或單位體積所能釋放出的能量，一般用Wh /L或Wh/kg表示。庫侖效率（coulombic efficiency）在一定的充放電條件下，放電時釋放出來的電荷與充電時充入的 的電荷的百分比，也叫充放電效率。鋰離子電池的相關(guān)術(shù)語循環(huán)壽命（cycle life）鋰離子電池的相關(guān)術(shù)語充電（charge）利用外部電源將電池的電壓和容量升上去的過程，此時電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。充電特性（charge characteristics）電池充電時所表現(xiàn)出來的特性，如充電曲線、充電容量、 充電速率、充電深度、充電時間等。充電曲線（charge curve） 電池充電時，其電壓隨時間的變化曲線。恒壓充電（c

24、onstant voltage charge）在恒定電壓下進行充電的過程。恒流充電（constant current charge）在恒定電流下進行充電的過程。過充電（over charge）超過規(guī)定的充電終止電壓而繼續(xù)充電的過程，此時電池的使用壽命受到影響。與充電的相關(guān)概念充電（charge）與充電的相關(guān)概念放電（discharge）電流從電池流經(jīng)外部電路的過程。此時化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能。放電特性（discharge characteristics）電池放電時所表現(xiàn)出來的特性，如放電曲線、放電容量、 放電速率、放電深度、放電時間等。放電曲線（discharge curve）電池放電時，其電壓隨時

25、間的變化曲線。放電容量（discharge capacity）電池放電時釋放出來的電荷量。一般用時間與電流的乘積表示。例如A.h、mA.h (1A.h=3600C)與放電的相關(guān)概念放電（discharge）與放電的相關(guān)概念放電速率（discharge rate）表示放電快慢的一種量度。所有的容量1h放電完畢，稱為1C放電； 5h放電完畢，則稱為C/5放電。 C（倍率）用來表示電池充放電時電流大小的比率，即倍率。放電深度（depth of discharge）表示放電程度的一種量度。為放電容量與總放電容量的百分比，簡稱DOD。與放電相關(guān)的概念放電速率（discharge rate）與放電相關(guān)的概

26、念過放電（over discharge ）指超過規(guī)定的終止電壓，在低于終止電壓時繼續(xù)放電 此時，易發(fā)生漏液或電池的使用壽命受到影響。自放電（self discharge）電池在擱置過程中，沒有與外部負荷相連接而產(chǎn)生容量損失的過程。利用率（utilization）實際放電容量與理論放電容量的百分比。內(nèi)部短路（intermal shortage）電池內(nèi)部正極和負極形成電通路時的狀態(tài)，主要是由于隔膜的破壞、 混入導(dǎo)電性雜質(zhì)、形成枝晶等造成的。與放電相關(guān)的概念過放電（over discharge ）與放電相關(guān)的概念鋰離子電池過度充放電會對正負 極造成永久性損壞。過度放電導(dǎo) 致負極碳片層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塌陷，而

27、 塌陷會造成充電過程中鋰離子無 法插入；過度充電使過多的鋰離 子嵌入負極碳結(jié)構(gòu)，而造成其中部分鋰離子再也無法釋放出來。鋰離子電池保持性能最佳的充放電方式為淺充淺放。鋰離子電池過度充放電會對正負 極造成永久性損壞。過度放電導(dǎo) 鋰離子電池使用中的安全問題規(guī)范的鋰離子電池都設(shè)計有保護電路，防止過充電和過放電，以及短路起火鋰電池測試標(biāo)準(zhǔn)外短路測試：電池不起火、不爆 炸。針刺試驗：使電池完全穿透；電 池漏液、發(fā)熱；不起火不爆炸。熱沖擊測試：電池滿充后，放入 烘箱以 5/min 的速率升溫至150 ，保溫 30min; 電池鼓殼、 發(fā)熱；不起火、不爆炸。過充測試：電池在 3C 倍率（1C 即1h充滿電池）

28、、 5V 電壓條件 下充電；電池不起火、不爆炸。鋰離子電池使用中的安全問題規(guī)范的鋰離子電池都設(shè)計有保護電路，鋰離子電池類型1圓柱型鋰離 子電池 (Cylindrical Li-ion Battery)3紐扣鋰離子 電池(Coin Li-ion Battery)4薄膜鋰離子 電池(Thin Film Li-ion Battery)2方型鋰離子電 池 (Prismatic Li-ion Battery)一般包括以下部件：正極、負極、電解質(zhì)、隔膜、正極引線、負極引線、絕緣材料、安全閥、PTC（正溫度控制端子）、電池殼。鋰離子電池類型13紐扣鋰離子 電池(Coin Li-ion圓柱型的外觀與內(nèi)部結(jié)構(gòu)如

29、圖所示，通常正負極與隔膜被繞卷到負極 柱上，再裝入圓柱型鋼殼，然后注入電解液，封口，最后產(chǎn)品得以成 型。下圖中還包括正溫度系數(shù)端子（PTC）和安全閥（Safety Vent）等 安全部件。圓柱型鋰離子電池(Cylindrical Li-ion Battery)圓柱型的外觀與內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，通常正負極與隔膜被繞卷到負極方型鋰離子電池外觀與內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，其主要部件與圓柱型鋰離子 電池類似，主要也是由正負極和電解質(zhì)，以及外殼等部件組成。通常電 解質(zhì)為液態(tài)時，使用鋼殼；若使用聚合物電解質(zhì)，則可以使用鋁塑包裝 材料?，F(xiàn)今最普遍的液態(tài)鋰離子電池形態(tài), 廣泛的應(yīng)用在各個移動電子設(shè)備的 電池組里面,特別

30、是手機電池.圖右面的是sanyo生產(chǎn)的UP383450,即 3.8mm*34mm*50mm,目前的標(biāo)稱容量已經(jīng)達到650mAh.方型鋰離子電池（Prismatic Li-ion Battery）方型鋰離子電池外觀與內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，其主要部件與圓柱型鋰離最全新能源材料-鋰離子電池材料189張課件方形鋰離子二次電池的命名：用三個字母和6位數(shù)字來表示， 前兩個字母表示鋰離子電池(LI)，后一個字母表示方形(S)， 前兩位數(shù)字表示以mm為單位的最大厚度，中間兩位數(shù)字表 示以mm為單位的寬度，后兩位數(shù)字以mm為單位的最大高 度，如LIS043048即表示厚度為4mm，寬30mm，高48mm的 方形鋰離

31、子電池。方形鋰離子二次電池的命名：用三個字母和6位數(shù)字來表示， 前兩組成：正負極、電解質(zhì)、隔膜、金屬殼、 密封圈、蓋板 這種電池結(jié)構(gòu)簡單，通常用于科研測試。 紐扣鋰離子電池（Coin Li-ion Battery）組成：正負極、電解質(zhì)、隔膜、金屬殼、 密封圈、蓋板 紐扣鋰離薄膜鋰離子電池是鋰離子電池發(fā)展的最新領(lǐng)域 厚度可達毫米甚至微米級 常用于銀行防盜跟蹤系統(tǒng)、電子防盜保護、微型氣體傳感器、微型庫 侖計等微型電子設(shè)備。 薄膜鋰離子電池（Thin Film Li-ion Battery ）薄膜鋰離子電池是鋰離子電池發(fā)展的最新領(lǐng)域 薄膜鋰離子電池（T鋰離子電池的主要組成部分正極材料負極材料隔膜 電

32、解液外殼鋰離子電池的主要組成部分正極材料負極材料隔膜 電解液外殼鋰離子電池的電極材料目前主要 電極材料正極材料 層狀LiMO2(M=Co,Ni,Mn,CoNi Mn)尖晶石LiMn2O4橄 欖 石 LiMPO4 (M=Co,Ni,Mn,CoNi Mn)硫、O2負極材料 石墨其他碳材料 硅 Li4Ti5O12鋰離子電池的電極材料目前主要 電極材料最全新能源材料-鋰離子電池材料189張課件最全新能源材料-鋰離子電池材料189張課件最全新能源材料-鋰離子電池材料189張課件鋰離子電池的貢獻者鋰離子電池的貢獻者好書推薦好書推薦鋰離子電池工作原理充電（charge）放電時（discharge）上節(jié)內(nèi)容回

33、顧鋰離子電池工作原理充電（charge）上節(jié)內(nèi)容回顧二次鋰電池正負極材料電壓-容量分布圖Voltage versus capacity for positive- and negative-electrode materials presently used orunder serious considerations for the next generation of rechargeable Li-based cells.上節(jié)內(nèi)容回顧二次鋰電池正負極材料電壓-容量分布圖上節(jié)內(nèi)容回顧Part 2鋰離子電池正極材料分類結(jié)構(gòu)合成方法特點Part 2鋰離子電池正極材料分類結(jié)構(gòu)合成方法特點正極材料

34、作為鋰離子 電池四大關(guān)鍵部件之 一，是決定鋰離子電 池電壓、能量密 度以及安全性等的重 要因素。鋰離子電池產(chǎn)業(yè)鏈分析尋找廉價、高容量、 高比能量、安全可靠 的正極材料是未來鋰 離子電池發(fā)展的重要 挑戰(zhàn)。正極材料作為鋰離子 電池四大關(guān)鍵部件之 一，是決定鋰離子電 金屬離子Mn+在嵌入化合物L(fēng)ixMyXz中有較高的氧化還原電位電池的輸出電壓 正極材料能可逆地嵌入和脫出大 量的鋰離子高容量Li+嵌入/脫嵌過程高度可逆，材 料主體結(jié)構(gòu)基本不發(fā)生變化 循環(huán)性能 具有較高的電子電導(dǎo)率、離子 電導(dǎo)率減小極化，大電流 充放電Li+在電極材料中擴散系數(shù)高 快速充放電 氧化還原電位隨x變化 盡可能少電壓穩(wěn)定在整個

35、電壓范圍具有良好 的化學(xué)穩(wěn)定性形成穩(wěn) 定SEI膜 實用角度，價格便宜，環(huán)保正極材料的選擇要求金屬離子Mn+在嵌入化合物L(fēng)i+在電極材料中擴散系數(shù)高 正極M=Co、Ni、NiCo、 NiCoMnM=Fe、Mn、CoM=Co、Ni、NiCo、 NiCoMnM=Fe、Mn、C代表性的正極材料電壓、能量密度、安全性代表性的正極材料電壓、能量密度、安全性1mol正極材料Li離子完全脫嵌時轉(zhuǎn)移的電量為96500C（96500 C/mol是法拉第常數(shù)F）LiCoO2摩爾質(zhì)量M=97.8698g/mol如果鋰離子全部脫前，其理論克容量=F/M=985.8535C/g由單位知mAh/g指每克電極材料理論上放出的

36、電量：1mAh 1（103）安培3600秒3.6C 單位換算后=273.848mAh/g274mAh/g正極材料理論電容量計算方法1mol正極材料Li離子完全脫嵌時轉(zhuǎn)移的電量為96500C正晶體結(jié)構(gòu)：-NaFeO2型層狀結(jié)構(gòu)，六方晶系，R3m空間群 晶格常數(shù)：a=0.2805nmb=0.2805nmc=1.406nm層狀結(jié)構(gòu)正極材料LiCoO2材料鋰離子電導(dǎo)率較高：擴散系數(shù)：10-1210-11cm2/s層狀結(jié)構(gòu)LiCoO2中Co-O鍵結(jié)合作用強，充放電過程，Li+易于在層間進行二維遷移。電子電導(dǎo)率e較高：10-3 S/cm,共棱的CoO6的八面體分布使Co與Co之間以Co-O-Co 形式發(fā)生

37、相互作用。 O呈現(xiàn)ABCABC立方密堆積排列，在O的層間Li+和Co2+交替占據(jù)其層間的八面體位置（空隙） 鋰離子在CoO2原子密實層的層間進行二維運動晶體結(jié)構(gòu)：-NaFeO2型層狀結(jié)構(gòu)，層狀結(jié)構(gòu)正極材料LiCoO2制備最常用合成方法固相反應(yīng)法氧化鈷13 um碳酸鋰13 umPVA粒狀混合物 12 mm Li/Co 1空氣+CO2煅燒7009001224 hLiCoO2 1520 um索尼公司生產(chǎn)LiCoO2的流程示意圖4Co3O4 + 6Li2CO3 + O212LiCoO2 + 6CO2優(yōu)點：工藝簡單、易于操作、適于工業(yè)化生產(chǎn)不足：物料難以均勻混合能耗高顆粒較大、形狀不規(guī)則 電化學(xué)性能重現(xiàn)

38、性LiCoO2制備最常用合成方法固相反應(yīng)法氧化鈷碳酸鋰PVLiCoO2合成方法水熱法 溶膠-凝膠法 模板法共沉淀法LiCoO2制備其他合成方法優(yōu)點：Li+和Co2+之間充分接觸，達到近似原子水平的混 合，易于控制產(chǎn)物粒徑和組相。缺點：工序繁瑣，成本高，不易于工業(yè)化生產(chǎn)。LiCoO2水熱法 溶膠-凝膠法 模板法共沉淀法LiCoO2LiCoO2電化學(xué)性能LixCoO2（x0.55）失氧反應(yīng) 電解液分解、集流體腐蝕電極 材料結(jié)構(gòu)的不可逆相變循環(huán)穩(wěn) 定性典型氧化鈷鋰充放電曲線可逆脫嵌最大比例：約55%理論比容量：274mAh/g實際比容量：130-150 mAh/gLiCoO2電化學(xué)性能LixCoO2

39、（x0.55）失LiCoO2的特點合成方法簡單、容易合成1工作電壓較高，充放電電壓平穩(wěn)2鈷毒性較大，環(huán)境污染大充電條件下的安全性能較差7比能量高，適合大電流充放電實際容量較低，只有理論容量50%鈷資源有限，價格昂貴3456循環(huán)性能有待提升8LiCoO2的特點LiCoO2合成方法簡單、容易合成1工作電壓較高，充放電電壓LiCoO2正極材料的改性研究LiCoO2正極材料 的改性摻雜包覆Mn工作電壓，可逆容量AlMg形成固溶體，電壓，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，容量，循環(huán)性能有效提高可逆性和循環(huán)壽命防止電解液與Li1-xCoO2接觸，抑制氧的析出導(dǎo) 致結(jié)構(gòu)的變化，提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性等。B極化，電解液分解，循環(huán)

40、性能Ni提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和循環(huán)壽命無機氧化物：MgO、Al2O3、TiO2、ZrO2、C等今后研究方向降低LiCoO2的成本和提高在較高溫度（65）下的循環(huán)性能。LiCoO2正極材料的改性研究LiCoO2正極材料 的改性摻晶體結(jié)構(gòu)：-NaFeO2型層狀結(jié)構(gòu)，R3m空間群 晶格常數(shù)：a=0.2886nmc=1.4214nm層狀結(jié)構(gòu)正極材料LiNiO2材料 氧原子位于6c位置，為立方密堆積，鎳原子位于3a位置，鋰原子位于3b位置，交替占據(jù)八面體位置 在111晶面方向呈層狀排列Li+擴散系數(shù)：2x10-11 m2/s優(yōu)點：容量較高，實際容量190210mAh/g; 價格和資源優(yōu)勢等。不足：結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性

41、差，放熱量高等。晶體結(jié)構(gòu)：-NaFeO2型層狀結(jié)構(gòu)，R3m空間群 晶格常數(shù)LiNiO2制備方法固相反應(yīng)法鋰的化合物： Li2O、LiOH、 LiNO3鎳化合物：NiO、Ni(NO3)2、 Ni(OH)2混合均勻冷卻研磨700800煅燒層狀LiNiO2LiNiO2固相合成流程示意圖存在的問題：（1）溫度過高，易生產(chǎn)非計量比產(chǎn)物原因：LiNiO2在高溫下易發(fā)生如下分解反應(yīng)：較高溫度下易生成缺鋰的氧化鎳鋰，很難批量制備理想的LiNiO2層狀結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性差，易產(chǎn)生安全問題；LiNiO2LixNiO2-x（0 x1）+xLiO額外Ni2+占據(jù)Li+位，阻礙Li+的脫嵌LiNiO2制備方法固相反應(yīng)法鋰的化

42、合物： Li2O、LiLiNiO2合成方法抑制或減緩相變， 降低容量衰減速率 提高脫嵌相結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性 提高安全性 降低不可逆容量， 與負極材料達到較好的平衡提高可逆容量 LiNiO2改性的主要方向：溶膠-凝膠法加入摻雜元素（單一元素摻雜：如Li、F、Na、Mg、Al、Ca、 Ti、Mn、Co等；多種元素摻雜，如：Li和Co、Co和F、Co和 Mg、Co和Al、Co和Mn等）進行包覆或涂層（如ZrO2、MgO、SiO2等）改性方法： 防止LiNiO2與電解液直接接觸，減少副反應(yīng)； 降低循環(huán)過程中的產(chǎn)熱量； 抑制相變，提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性； 減少界面阻抗的增加LiNiO2抑制或減緩相變， 降低容量衰減速

43、率 提高脫嵌相LiNiO2的相關(guān)性能平均粒徑：712 um比容量：180 mAh/g電壓平臺：3.5V循環(huán)壽命：1500 次振實密度：2.2g/cm3LiNiO2（鎳酸鋰）SEMLiNiO2（鎳酸鋰）充放電曲線和循環(huán)曲線中信國安盟固利動力科技有限公司LiNiO2的相關(guān)性能平均粒徑：712 umLiNiO2（尖晶石型LiMn2O4屬于Fd3m空間群氧原子呈立方密堆積排列O占據(jù)面心立方（32e）位32eLi+占據(jù)四面體（8a）位8aMn占據(jù)八面體（16d）位16dLiMn2O4晶體結(jié)構(gòu)示意圖尖晶石結(jié)構(gòu)正極材料 LiMn2O4材料 空的四面體和八面體通過共面與共邊相互連接， 形成鋰離子擴散的三維通道

44、。擴散系數(shù)：10-1410-12cm2/s理論比容量：148 mAh/g , 實際比容量約為120mAh/g尖晶石型LiMn2O4屬于Fd3m空間群32eLi+占據(jù)四面鋰的氫氧化物（或碳酸鹽、硝酸鹽）錳的氧化物（或氫氧化物、碳酸鹽）混合均勻冷卻研磨700900煅燒數(shù)小時尖晶石LiMn2O4LiMn2O4固相合成流程示意圖以碳酸鋰為例，其具體反應(yīng)示意圖：Li2CO3+2Mn2O3+1/2 O2尖晶石型LiMn2O4材料的常規(guī)制備固相反應(yīng)法LiMn2O4+CO2Li2CO3+2MnO2LiMn2O4+1/2 O2鋰的氫氧化物（或錳的氧化物（或氫混合均勻冷卻研磨70090存在的問題物相不均勻晶粒無規(guī)

45、則形狀， 晶界尺寸較大粒度分布范圍寬煅燒時間長。原料間接觸面積改善原料混合的不均勻性加速了固相反應(yīng)初始可逆容量：120130mAh/g尖晶石型LiMn2O4材料的常規(guī)制備固相反應(yīng)法熔融浸漬法采用熔點低的鋰鹽作為前驅(qū)體 以LiOH或LiF和錳的氧化物反應(yīng) 加熱至鋰鹽熔點鋰鹽充分滲入錳氧化物微孔600700加熱存在的問題原料間接觸面積尖晶石型LiMn2O4材料的常尖晶石型LiMn2O4材料容量衰減原因分析LiMn2O4正極材料在循環(huán)時， 尤其在高溫條件下循環(huán)時（55），存在著容量衰減問題，導(dǎo)致循環(huán)性能變差。原因分析如下：錳的溶解放電末期Mn3+的濃度最高，在粒子表面的Mn3+發(fā)生歧化反應(yīng)：2Mn3

46、+（固）Mn4+（固）+Mn2+（溶液）歧化反應(yīng)產(chǎn)生的Mn2+溶于電解液中一方面是LiPF6與痕量水反應(yīng)生成的HF酸，加速Mn的溶解；因此，Mn的溶解是LiMn2O4容量損失的主要原因。尖晶石型LiMn2O4材料容量衰減原因分析LiMn2O4正極尖晶石型LiMn2O4材料容量衰減原因分析Jahn-Teller效應(yīng)Jahn-Teller 效應(yīng)電子在簡并軌道中的不對稱占據(jù)會導(dǎo)致分子的幾何構(gòu)型發(fā)生畸變,從而降低分子的對稱性和軌道的簡并度， 使體系的能量進一步下降，這種效應(yīng)稱為楊泰勒效應(yīng)。簡單點說：Jahn-Teller效應(yīng)是指在對稱性的非線性分 子中，體系不可能在簡并狀態(tài)下保持穩(wěn)定，一定要發(fā)生畸變，

47、使一個軌道能量降低，來消除簡并性。放電末期，先在幾個粒子表面發(fā)生的楊-泰勒反應(yīng)擴散到整個組分。立方四方相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變尖晶石型LiMn2O4材料容量衰減原因分析Jahn-Te尖晶石型LiMn2O4材料容量衰減原因分析 Mn的高氧化性在有機溶劑中，高度脫鋰的尖晶石性Li1-xMn2O4 在充電盡頭不穩(wěn)定，即Mn4+的高氧化性。尖晶石LiMn2O4材料的改性減少尖晶石的比表面積（電解液、催化分解和Mn的溶解速率）在電解液中加入添加劑（如沸石，H+含量，抑制副反應(yīng)發(fā)生）摻雜陽離子（如Li、B、Mg、Al、Ti、Cr、Fe、Co、Ni、Cu等）摻雜陰離子（如O、F、I、S、Se等）表面處理用有機物進行表面處

48、理（如乙酰丙酮、導(dǎo)電性聚吡咯、聚噻吩等）無機氧化物進行表面包覆（如氧化硼鋰（LiBO2）、Li2CO3、MgO、 SiO2、ZnO、氧化鈷鋰等）尖晶石型LiMn2O4材料容量衰減原因分析 Mn的高氧化性LiFePO4的發(fā)現(xiàn)1997年P(guān)adhi和Goodenough發(fā)現(xiàn)具 有橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鹽，如磷酸鐵鋰 (LiFePO4)，比傳統(tǒng)的正極材料更具安全 性，尤其耐高溫，耐過充電性能遠超過 傳統(tǒng)鋰離子電池材料。因此已成為當(dāng)前 主流的大電流放電的動力鋰電池的正極 材料。Akshaya PadhiA.K. Padhi, K. S. Nanjundaswamy, and J. B. Goodenough

49、Phospho-olivines as Positive-Electrode Materials for Rechargeable Lithium BatteriesJ. Electrochem. Soc., Vol. 144, No. 4, April 1997John B. Goodenough橄欖石結(jié)構(gòu)正極材料 LiFePO4LiFePO4的發(fā)現(xiàn)Akshaya PadhiA.K. PaLiFePO4氧原子以稍微扭曲的六方緊密堆積方式排列。Fe與Li分別位于氧原子八面體中心位置，形成了FeO6和LiO6八面體。 P占據(jù)了氧原子四面體4c位置，形成了PO4四面體。Li+ 形成二維擴散運動。理

50、論比容量：170mAh/h 晶體結(jié)構(gòu)：Pbnm正交空間群 晶格常數(shù)：a=0.6008nmb=1.0334nmc=0.4693nm晶胞體積：0.2914 nm3LiFePO4氧原子以稍微扭曲的六方緊密堆積方式排列。理論比充電時，鋰離子從FeO6層面間遷移出來，經(jīng)過電解液進入負極， 發(fā)生Fe 2+ Fe 3+的氧化反應(yīng)，為保持電荷平衡，電子從外電路到達負 極。放電時則發(fā)生還原反應(yīng)，與上述過程相反。即：充電時：LiFePO4xLi+xe-xFePO4+(1-x)LiFePO4 放電時：FePO4+xLi+ xe- xLiFePO4+(1x)FePO4充電時，鋰離子從FeO6層面間遷移出來，經(jīng)過電解液

51、進入負極，橄欖石結(jié)構(gòu)正極材料 LiFePO4LiFePO4的結(jié)構(gòu)決定其只適合于小電流密度下充放電。LiFePO4的脫鋰產(chǎn)物為FePO4，實際的充放電過程是處于 FePO4/LiFePO4 兩相共存狀態(tài)的。FePO4與LiFePO4的結(jié)構(gòu)極為相似，體積也較接近，相差6.81%。良好的循環(huán)性能！橄欖石結(jié)構(gòu)正極材料 LiFePO4LiFePO4的結(jié)構(gòu)決磷酸鐵鋰合成方法LiFePO4固相合成法水熱/溶劑法 溶膠-凝膠合成法 微波合成共沉淀法其他方法自20世紀(jì)90年代末期以來,橄欖石型磷酸鐵鋰(LiFePO4 )正極材料的研究 引起起廣大研究者的關(guān)注。有望成為新一代首選的可替代LiCoO2的鋰離子電 池

52、正極材料,特別是作為動力鋰離子電池正極材料。磷酸鐵鋰合成方法LiFePO4固相合成法水熱/溶劑法 溶固相合成法鋰源：碳酸鋰、氫氧化鋰有機鐵鹽：氧化亞鐵、醋酸亞鐵，等 磷酸根：磷酸二氫銨，等固相合成法鋰源：碳酸鋰、氫氧化鋰水熱合成法水熱合成是指溫度為1001000 、壓力為1MPa1GPa條件下利用水溶液中物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)所進行的合成。在亞臨界和超臨界水熱條件下，由于反應(yīng)處于分子水平， 反應(yīng)性提高，因而水熱反應(yīng)可以替代某些高溫固相反應(yīng)。與高溫固相方法相比，利用水熱方法LiFePO4 具有產(chǎn)物純度高、物相均一、分散性好、粒 徑小以及操作簡便等優(yōu)點。水熱合成法水熱合成是指溫度為1001000 、壓力為1

53、MLiFePO4雖然具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，安全，無污染且價格便宜等優(yōu)點存在鋰離子擴散系數(shù)小，電子導(dǎo)電率低等缺點，導(dǎo)致其室溫下的循環(huán) 性能以及高倍充放電性能不是很好。包覆導(dǎo)電層碳包覆 聚合物包覆 RuO2包覆等碳添加至合成前驅(qū)體的方法是首先由Goodenough組的Ravet等1提 出來的。其作用有三：作為還原劑，在較低溫度下避免形成三價相；阻止顆粒間的接觸，細化晶粒；增強顆粒內(nèi)部及顆粒間的電子電導(dǎo)。LiFePO4雖然具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，安全，無污染且價格便宜等優(yōu)點通常用高價態(tài)的金 屬陽離子如Mg2+、 Al3+、Ti4+等進行摻 雜，摻雜后產(chǎn)生的 空穴表現(xiàn)比電子好 得多的可移動性， 材料導(dǎo)電性得到明 顯提高

54、。離子摻雜1Chung S Y,Bloking J T,Chiang Y M,Electronical conductive phosphor-olivines as lithiumstorage electrodes,Nat Mater,2002,2:123128美國MIT的研究小組發(fā)現(xiàn):在鋰化（放電）狀態(tài)下，用高價態(tài)的金屬離子如 Mg2+、Al3+、Ti4+及Nb5+等進行摻雜，LiFePO4的電導(dǎo) 率提高8個數(shù)量級（10-2Scm -1），超過了LiCoO224（10-3Scm -1）和LiMn O （210-5510-5Scm -1）的電導(dǎo)率。摻雜后的LiFePO4在較低的充放電率下，

55、比容量接近 170mAhg -1，即使在高達6000 mAg -1（40C）的充放 電率下，也能夠保持可觀的放電容量，并且極化很小。通常用高價態(tài)的金 屬陽離子如Mg2+、 Al3+、Ti4+等通過提高材料的比表面積，可以增大擴散界面散界面面積，縮短Li+在顆粒內(nèi) 部的擴散路徑，從而提高 活性材料的利用率。提高比表面積納米尺寸顆粒多孔材料通過提高材料的比表面積提高比表面積納米尺寸顆粒最全新能源材料-鋰離子電池材料189張課件最全新能源材料-鋰離子電池材料189張課件最全新能源材料-鋰離子電池材料189張課件最全新能源材料-鋰離子電池材料189張課件錳鈷酸鋰三元材料層狀結(jié)構(gòu)示意圖三元正極材料Li(

56、Ni,Co,Mn)O2 Li+和過渡金屬離子交替占據(jù)3a位（000）和3b（0 0 1/2）位，O2-位于6c位晶體結(jié)構(gòu)：-NaFeO2型層狀結(jié)構(gòu)，六方晶系，R3m空間群Ni-Co-Mn協(xié)同效應(yīng)LiCoO2 良好循環(huán)性能LiNiO2 高比容量LiMnO2 高安全性和低成本錳鈷酸鋰三元材料層狀結(jié)構(gòu)示意圖三元正極材料Li(Ni,C三元正極材料三元材料 LNCM111Ni-Mn 等量型LiNi0.3Co0.3Mn0.3O2（111型）LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2（424型）保持材料的高容量富鎳型LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 LiNi0.8C

57、o0.1Mn0.1O2（523型）（622型）（811型）結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性三元正極材料LiNi1-x-yCoyMnxO2280mAh/g, 2.74.2V三元正極材料三元材料 LNCM111Ni-Mn 等量型LiN共沉淀法原理把化學(xué)原料在液態(tài)下 進行混合，通過沉淀 劑作用，使溶液中已 經(jīng)混合均勻的組分按 投入計量比沉淀出來； 或者先通過溶液反應(yīng) 沉淀出前驅(qū)體產(chǎn)物， 再通過煅燒反應(yīng)制備 出細微粉料產(chǎn)品。共沉淀法原理共沉淀法制備NCM工藝流程將硫酸錳晶體、硫酸鎳晶體、硫酸鈷晶體按不同比例配液，加入NaOH溶液、 氨水反應(yīng)生成氫氧化鎳鈷錳前驅(qū)體，再加入鋰源（碳酸鋰）進行混合并高速攪 拌，再進行高溫?zé)Y(jié)、粉

58、碎、過篩除鐵，最終形成三元材料前驅(qū)體。優(yōu)點：操作簡單， 反應(yīng)條件容易控 制，產(chǎn)物粒徑小， 組分均勻性好等。缺點：對各參數(shù) 精確控制的要求 較高，共沉淀反 應(yīng)物的濃度、溫 度、pH值、加料 速度及攪拌速度 都對最終反應(yīng)物 的質(zhì)量和性能有 較大影響。共沉淀法制備NCM工藝流程將硫酸錳晶體、硫酸鎳晶體、硫酸鈷晶原理：該種方法是合成超細顆粒的一種較為先進的軟化學(xué)方法， 主要應(yīng)用于合成各種陶瓷粉體、涂層、薄膜、纖維等產(chǎn)品。該 種方法制備NCM時首先將低粘度的前驅(qū)體混合均勻，制成均勻 的溶膠，然后使之凝膠化，之后通過成型、干燥、燒結(jié)/煅燒制 得NCM材料。優(yōu)點：其最大優(yōu)點是可在極短時間內(nèi)實現(xiàn)反應(yīng)物在分子水

59、平上均勻混合，制備得到的材料具有化學(xué)成分分布均勻、具有精確的化學(xué)計量比、粒徑小且分布窄等優(yōu) 點。目前最新的研究發(fā)現(xiàn)采用乙二醇作為分散劑能一步合成粒 徑均勻且碳包覆的333三元材料，高倍率放電后容量保持率仍較 高，此外，該方法制備的424型材料則具有更高的放電容量。缺點：制備成本高、工藝復(fù)雜，且該方法環(huán)境污染大，工業(yè)化 生產(chǎn)難度較大。溶膠凝膠法原理：該種方法是合成超細顆粒的一種較為先進的軟化學(xué)方法， 主三元材料創(chuàng)始人OHZUKU最初即采用固相法合成333材料， 傳統(tǒng)固相法由于僅簡單采用機械混合。因此很難制得粒徑均一、電化學(xué)性能穩(wěn)定的三元材料。目 前，通過改良后的固相法制得材料的一次粒子粒徑大小在

60、 100-500nm，但由于高溫?zé)Y(jié)，一次納米粒子極易團聚成 大小不一的二次粒子，因此該方法本身尚待進一步改進。固相法三元材料創(chuàng)始人OHZUKU最初即采用固相法合成333材料， 模板法：采用碳纖維作為模板劑，利用碳纖維表面的羧基（-COOH） 吸附金屬鎳鈷錳離子，高溫焙燒后即可制得納米多孔的333三元材料。 憑借空間限域作用和接哦故導(dǎo)向作用，模板法在制備具有特殊形貌和 精確粒徑的材料上有著廣泛應(yīng)用。以此方法制備的納米多孔333三元 材料一方面可以極大縮短鋰離子擴散路徑，另一方面納米孔結(jié)構(gòu)還能 緩沖材料的體積變化，從而提高材料的穩(wěn)定性。噴霧干燥法：在60-150高溫下，鎳鈷錳鋰硝酸鹽迅速霧化，在