先进功能材料之三元正极材料课件.pptx

先进功能材料,锂离子电池三元正极材料,姓 名：* 学 号：* 专 业：*,报告内容,1、锂离子电池工作原理,2、三元正极材料结构和性能,3、三元正极材料研发运用现状,4、国际应用前沿及发展展望,锂离子电池特点：,（1）能量密度高、阻抗小（2）循环寿命长，电压平台高（3）充电时间快，容量高（4）过度充放电耐受度差（5）安全性能需要额外保障（6）成本相对较高,注： “记忆效应”：一般只会发生在镍镉电池，镍氢电池较少，锂电池则无此现象。 由于电池重复的部分充电与放电不完全所致，使电池内容物产生结晶，使电池暂时性的容量减小，导致使用时间缩短。,锂电池Vs锂离子电池,广义上“锂电池”可分为锂电池、锂离子电池。,锂离子电池,锂电池（锂金属电池）,负极：金属Li正极：MnO2、TiS2Li + MnO2 LiMnO2 特点：以电子传递产生电流，属于一次电池。 易产生枝晶，戳穿隔膜导致电池短路，发生爆炸,负极：石墨、金属氧化物、钛酸盐等正极： 、三元、富锂锰,LiMO2层状材料橄榄石结构LiFePO4尖晶石结构LiMnO2,2.1 三元正极材料 传统正极材料 ,LiMO2层状材料橄榄石结构LiFePO4尖晶石结构LiMnO2,常用过渡金属元素M： Ni、Co、Mn 。 LiCoO2：导电性、循环性能良好，容量较低，热稳定性不高，且Co元素对环境有害。 LiNiO2：容量高，但衰减较快，安全性能相对较差。,LiMnO2：循环稳定性、储存性能较差，但成本较低，安全性能较高。,LiNixCoyMn1-x-yO2 (NCM) 或 LiNixCoyAl1-x-yO2 (NCA),2.2 结构与性能,LiNixCoyMn1-x-yO2,Ni：提高正极材料的容量。Co：改善材料的循环性能，减缓容量衰退。Mn：维持层状结构稳定性。,特点：三元协同效应 容量高、循环寿命长、成本适中、 毒性小、安全性能稳定,（x 0.5）,（高镍）,2.3 性能缺陷及改进,锂镍混排：Ni2+（0.069nm)与Li+(0.076nm)的 半径接近，易发生混排现象： Ni2+进入锂层，占据Li+位置。 Li+进入过渡金属层，占据Ni2+位置。,初始容量较高，但衰减很快，循环性能差。,Li+来回镶嵌，致使体积反复膨胀、收缩，导致层状结构容易崩塌。,Ni(CH3COO)2、Co(CH3COO)2、Mn(CH3COO)2 mixed solution,LiOH,+,+,Co-pricipitation,NixCoyMn1-x-y (OH) 2,Li2(OH)3,Calcination(850 for 20h),LiNixCoyMn1-x-y O2,pure oxygen,O 2 /N 2 = 50% : 50%,O 2 /N 2 = 21% : 79%,O 2 /N 2 = 5% : 95%,2.4 制备工艺示意图,3、三元正极材料研发运用现状,三元材料的核心专利主要掌握在美国3M公司手里，阿贡国家实验室(ANL)也申请了一些三元材料专利。 国际上三元材料产量最大的是比利时Umicore，并且Umicore和3M形成了产研联盟。 此外，韩国L&F，日本Nichia(日亚化学)，Toda Kogyo( 户田工业) ，德国BASF也是国际上主要的三元材料生产厂家。,2017年中国正极材料成本占比及三元材料产值分析,此外，三元材料逐渐朝“高镍”方向发展，622型接近初步量产化，811型正处于研究热点。,4、国际应用前沿及发展展望,（1）消费电池（小型便携设备）,（2）动力电池,（3）储能电池,Thank you,