LiFePO4论文：锂离子电池正极材料LiFePO_4及其掺杂改性的第一性原理研究

LiFePO4论文：锂离子电池正极材料LiFePO_4及其掺杂改性的第一性原理研究

【中文摘要】基于考虑了Fe-3d电子间的库仑作用U和交换作用J的GGA+U方案,应用第一性原理计算系统研究了LiFePO4的晶格动力学性质。我们计算并分析了玻恩有效电荷张量、布里渊区中心的声子频率和声子色散曲线。玻恩有效电荷张量显示各向异性,佐证了LiFePO4中锂离子沿一维通道方向迁移的机理。布里渊区中心点声子频率的计算值和相应的实验结果符合得比较好。应用第一性原理计算系统研究了LiFePO4的对位缺陷,以及对位缺陷的形成对材料的电导率和离子扩散速率的影响。结果表明,Li/Fe交换缺陷是最容易形成的,形成缺陷后的Fe-O键变长,扩宽了锂离子传输通道,有利于锂离

子在通道中的扩散,对材料电化学性能的改善起到了一定的作用。应用第一性原理计算系统研究了具有Mg掺杂Li和Fe位的LiFePO4材料的原子和电子结构。结果显示,Mg更容易掺杂到LiFePO4的Fe位,进而形成新的LiFe1-yMgyPO4固溶体,可以很好地提高LiFePO4的离子电导率和电子电导率,并由此提出可能的微观导电机理。同时,我们发现随着Mg含量的增加,杂质的形成能和LiFe1-yMgyPO4的体积呈现降低和减小的趋势,这与实验结果符合得比较好。

【英文摘要】Lattice dynamical properties of LiFePO4 are studied using first-principles density functional theory taking into account the on-site Coulomb interaction within the

GGA+U scheme. Born effective charge tensors, phonon frequencies at the Brillouin zone center and phonon dispersion curves are calculated and analyzed. The Born effective charge tensors exhibit anisotropy, which gives an indirect evidence for the one-dimensional Li migration tunnel along the [010] direction in LiFePO4, which has been proposed by other theoretical calculations and experimental observation. The calculated phonon frequencies at theГpoint of the Brillouin zone agree well with the available experimental

results.Antisite defect, electronic conductivity and ionic dynamic properties of LiFePO4 have been investigated using first-principles density functional theory taking into account the on-site Coulomb interaction within the GGA+U scheme. Results indicate the Li/Fe exchange defect is the most preferred to occur in LiFePO4, which causes the Fe-O bond length to change in the direction favors the formation of Li+ diffusion channels, hence improving the ionic dynamic properties of the olivine LiFePO4.Atomic and electronic structures of LiFePO4 with Mg doping at Li and Fe sites have been investigated using the first-principles density functional theory with the

on-site Coulomb interaction taken into account. It is demonstrated that Mg is preferentially doped at Fe site instead

of Li site to form a new LiFe1-yMgyPO4 solid solution, leading to a higher ionic conductivity. Besides, it is found that formation energies and the cell volumes decreased gradually with the increase of Mg concentration in LiFe1-yMgyPO4, which agrees well with the available experimental data.

【关键词】LiFePO4 对位缺陷 Mg掺杂晶格动力学第一性原理计算

【英文关键词】LiFePO4 Antiste defect

Mg-doping Lattice dynamics First-principles calculations

【目录】锂离子电池正极材料LiFePO_4及其掺杂改性的第一性原理研究

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摘要4-5Abstract5第一章绪论8-29 1.1 锂离子电池发展的历史及其工作原理9-12 1.2 锂离子电池正极材料的类型和结构12-16 1.2.1 锂离子电池正极材料的类

型12 1.2.2 锂离子电池正极材料的结构12-16 1.3 LiFePO_4 材料16-22 1.3.1 LiFePO_4 的结构特点

16-17 1.3.2 LiFePO_4 的优缺点17 1.3.3 LiFePO_4 的制备方法17-19 1.3.4 LiFePO_4 的改性研究

19-22 1.4 本论文的研究目的及意义22-23参考文献

锂电池小论文汇总

天平学院 论文题目：锂电池 姓名：庄国强 学号：1130109107 班级：1班 年级：2011 级 专业：应用化学 指导教师：刘成宝 完成时间：2014年4月10日

摘要：锂是高能电池理想的负极活性物质，因为它具有最负的标准电极电势，相当低的电化学当量。锂电池具有电压高、比能量高、比功率大、寿命长、轻的特点。 锂十分活泼，通采用有机溶剂或非水无机溶剂电解液制成锂非水电池、用熔融盐制成锂熔融盐电池和用固体电解质制成锂固体电解质电池。 子信息时代使对移动电源的需求快速增长，锂离子电池经过将近二十年的发展，已经成为一种相对成熟的技术，由于它具有体积小、重量轻、高储能、循环寿命长等特点，在便携式电子设备、电动汽车、空间技术、国防工业等多方面具有非常广阔的应用前景。 本文主要阐述了锂电池的发展历程、它的原理以及前景和应用。 关键词：锂电池、优缺点、性能、应用、前景 正文：一.电池的发展过程以及我国电池的发展简史 电池的发展史由1836年丹尼尔电池的诞生到1859年铅酸电池的发明，至1883年发明了氧化银电池，1888年实现了电池的商品化，1899年发明了镍-镉电池，1901年发明了镍-铁电池，进入20世纪后，电池理论和技术处于一度停滞时期。但在第二次世界大战之后，电池技术又进入快速发展时期。首先是为了适应重负荷用途的需要，发展了碱性锌锰电池，1951年实现了镍-镉电池的密封化。1958年Harris提出了采用有机电解液作为锂一次电池的电解质，20世纪70年代初期便实现了军用和民用。随后基于环保考虑，研究重点转向蓄电池。镍-镉电池在20世纪初实现商品化以后，在20世纪80年代得到迅速发展。 随着人们环保意识的日益增加，铅、镉等有毒金属的使用日益受到限制，因此需要寻找新的可代替传统铅酸电池和镍-镉电池的可充电电池。锂离子电池自然成为有力的候选者之一。1990年前后发明了锂离子电池。1991年锂离子电池实现商品化。1995年发明了聚合物锂离子电池，（采用凝胶聚合物电解质为隔膜和电解质）1999年开始商品化。现代社会电池的使用范围已经由40年代的手电筒、收音机、汽车、和摩托车的启动电源发展到现在的40-50种用途。小到从电子表手表、CD唱机、移动电话、MP3、MP4、照相机、摄影机、各种遥控器、剔须刀、手枪钻、儿童玩具等。大到从医院、宾馆、超市、电话交换机等场合的应急电源，电动工具、拖船、拖车、铲车、轮椅车、高尔夫球运动车、电动自行车、电动汽车、风力发电站用电池、导弹、潜艇和鱼雷等军用电池。还有可以满足各种特殊要求的专用电池等。电池已经成为人类社会必不可少的便捷能源。 对于我国目前的电池工业而言，存在的主要问题是环境污染和资源浪费严重。对于

锂离子电池安全性

车用锂离子动力电池系统的安全性剖析 国家大力支持以电动汽车为主的新能源汽车新兴产业。然而以热失控为特征的锂离子电池系统的安全性事故时有发生，困扰着电动汽车的发展。动力电池安全性事故的常见形式及成因是什么？又该采取怎样的防范措施？小编带你一览要点。 1 动力电池安全性问题 锂离子动力电池事故主要表现为因热失控带来的起火燃烧。如表1和图1 所示。 表1 近年发生的锂离子动力电池事故 图1 近年来部分锂离子动力电池事故 锂离子动力电池系统安全性问题表现为3个层次（图2）。 1）电池系统安全性的“演变”。即电池系统长期老化——“演化”（事故1、2、3、5、7）和突发事件造成电池系统损坏——“突变”（事故4、6）。 2）“触发”——锂离子动力电池从正常工作到发生热失控与起火燃烧的转折点。 3）“扩展”——热失控带来的向周围传播的次生危害。

图2 动力电池系统安全性问题的层次 2 动力电池安全性演变 2.1 “演化”与“突变” 电池系统长期老化带来的可靠性降低，演化耗时长，可以通过检测电池系统的老化程度来评估电池系统安全性的变化；相比而言安全性突变难以预测，但是可以通过既有事故的形式来改进电池系统的设计。 2.2 安全性演化机理 电池系统任何部件的老化都可能带来安全事故的触发，如事故1、7。除此之外，电池本身的安全性演化主要表现为内短路的发展。电池内部的金属枝晶生长是造成内短路的主要原因之一。值得一提的是，老化电池的能量密度降低，热失控造成的危害可能会降低；另一方面老化电池更容易发生热失控。 图3 锂离子电池内部金属枝晶的生长与隔膜的刺穿

3 电池安全事故触发 3.1 热失控机理 经过演变过程，电池事故将会进入“触发”阶段。一般在这之后，电池内部的能量将会在瞬间集中释放造成热失控，引发冒烟、起火与爆炸等现象。当然电池安全事故中，也可能不发生热失控，热失控后的电池不一定会同时发生冒烟、起火与爆炸，也可能都不发生，这取决于电池材料发生热失控的机理。 图4、图5与表2展示了某款具有三元正极/PE基质的陶瓷隔膜/石墨负极的25 A·h锂离子动力电池的热失控机理。热失控过程分为了7个阶段。 图4 某款三元锂离子动力电池热失控实验数据（实验仪器为大型加速绝热量热仪，EV-ARC） 图5 某款三元锂离子动力电池热失控不同阶段的机理 表2 某款锂离子动力电池热失控的分阶段特征与机理

四种主要的锂电池正极材料

四种主要的锂电池正极材料 LiCoO2 锂离子从LiCoO2中可逆脱嵌量最多为0.5单元.Li1-xCoO2在x=0.5附近发生可逆相变，从三方对称性转变为单斜对称性。该转变是由于锂离子在离散的晶体位置发生有序化而产生的，并伴随晶体常数的细微变化。但是，也有人在x=0.5附近没有观察到这种可逆相变。当x＞0.5时，Li1-x CoO2在有机溶剂中不稳定，会发生释氧反应;同时CoO2不稳定，容量发生衰减，并伴随钴的损失。该损失是由于钴从其所在的平面迁移到锂所在的平面，导致结构不稳定，使钴离子通过锂离子所在的平面迁移到电解质中。因此x的范围为0≤x≤0.5，理论容量为156mA·h/g。在此范围内电压表现为4V左右的平台。当LiCoO2进行过充电时，会生成新的结构 当校子处于纳米范围时，经过多次循环将产生阳离子无序，部分O3相转变为立方尖晶石相结构，导致容量衰减。粒子小时，由于锂离子的扩散路径短，形成的SEI膜较粒子大的稳定，因此循环性能好。例如，70nm的粒子好于300nm 的粒子。粒子大小对自放电也具有明显影响。例如粒子小，自放电速率快。粒径分布窄，粒子的球形性越好，电化学性能越佳。最佳粒子大小取决于电池的要求。 尽管LiCoO 与其它正极材料相比，循环性能比较优越，但是仍会发生衰减， 2 对于长寿命需求的空间探索而言，还有待于进一步提高循环性能。同时。研究过经过长时期的循环后，从层状结构转变为立方尖晶石结构，特别程发现，LiCoO 2 是位于表面的粒子;另外，降低氧化钴锂的成本，提高在较高温度(＜65℃)下的循环性能和增加可逆容量也是目前研究的方向之一。采用的方法主要有掺杂和包覆。 作为锂离子电池正极材料的锂钴氧化物能够大电流放电，并且放电电压高，放电平稳，循环寿命长。.因此成为最早用于商品化的锉离子蓄电池的正极材料，亦是目前广泛应用于小型便携式电子设备(移动电话、笔记本电脑、小型摄像机等)的正极材料。LiCoO2具有a-NaFeO2型二维层状结构，适宜于锂离子在层间的嵌人和脱出，理论容量为274 mA·h/g。在实际应用中，该材料电化学性能优异，热稳定性好，且初次循环不可逆容量小。实际可逆容量约为120～150 mA·h/g，即可逆嵌人/脱出晶格的锂离子摩尔百分数接近55 %。 在过充电条件下，由于锂含量的减少和金属离子氧化水平的升高，降低了材料的稳定性。另外由于Co原料的稀有，使得LiCoO2的成本较高。 LiCoO2生产工艺相对较为简单，其传统的合成方法主要有高温固相合成法和低温固相合成法。 高沮固相合成法通常以Li2CO3和CoCO3为原料，按Li/Co的摩尔比为1：1配制，在700~900℃下，空气氛围中灼烧而成。也有采用复合成型反应生成LiCoO2前驱物，然后在350～450℃下进行预热处理，再在空气中于700～850℃下加热合成，所得产品的放电容量可达150 mA·h/g。唐致远等以计量比的钴化合物、锂化合物为合成原料在有机溶剂乙醇或丙酮的作用下研磨混合均匀，先在450℃的温度下处理6h.，待冷却后取出研磨，然后再在6～10 MPa压力下压成块状，最后在900℃的温度下合成12～36 h而制得。日本的川内晶介等用Co3O4和Li2 CO3做原料，按化学计量配合在650℃灼烧10h制的温定的活性物质。章福平等按计量将分析纯LiNO3和Co(NO3)2·6H2O混匀，加适量酒石酸，用氨水调

浅析影响锂离子电池安全性的主要因素

Open Journal of Nature Science 自然科学, 2018, 6(5), 391-394 Published Online September 2018 in Hans. https://www.sodocs.net/doc/0415828643.html,/journal/ojns https://https://www.sodocs.net/doc/0415828643.html,/10.12677/ojns.2018.65050 Analysis of the Main Factors Affecting the Safety of Lithium Ion Batteries Haowen Liu School of Chemical Materials Science, South-Central University for Nationalities, Wuhan Hubei Received: Aug. 20th, 2018; accepted: Aug. 31st, 2018; published: Sep. 7th, 2018 Abstract Currently, safety issue is one of the bottlenecks in the development of lithium ion batteries from portable products to power batteries and large-scale energy storage technologies. This paper briefly introduces the influence of cathode, anode, cell separator, electrolyte and the use of battery on the safety of lithium-ion batteries. It is concluded that use and storage is a key factor in the ac-cident of lithium ion battery. Keywords Lithium Ion Batteries, Safety, Influence Factors 浅析影响锂离子电池安全性的 主要因素 刘浩文 中南民族大学化学材料科学学院，湖北武汉 收稿日期：2018年8月20日；录用日期：2018年8月31日；发布日期：2018年9月7日 摘要 当前，安全是锂离子电池从便携式产品向动力电池和大规模储能技术发展的瓶颈之一。本文从正极、负极、隔膜、电解质和电池使用方式五个方面简要介绍对锂离子电池安全性的影响，总结出电池的使用方式和存放环境是引起锂离子电池发生事故的一个关键因素。

(完整版)开题报告——基于单片机的锂离子电池电量检测系统毕业设计论文

南昌工程学院 09 级毕业（设计）论文开题报 告 机械与电气工程学院系（院）电气工程及其自动化专 业 题目基于单片机的锂离子电池电量检测系统设计 学生姓名纪炜焕 班级09电气工程及其自动化（1）班 学号 指导教师饶繁星

日期2013 年 1 月 4 日 南昌工程学院教务处订制

题目：基于单片机的锂离子电池电量检测系统设计 一、选题的依据及课题的意义 随着手机、数码相机、摄像机、手提电脑、音频视频播放器等便携式电子设备的迅猛发展，由于其便携性的特点，便携式设备必须由电池来进行供电。目前，便携式仪表的主流供电电池有铅酸电池，镍镉电池，镍氢电池，锂电池和锂聚合物电池等。与其它主流可充电电池相比，具有高单体电池电压、高功率密度、长循环寿命、无记忆效应、低自放电率等优点。锂电池是指以锂为负极材料的化学电池的总称，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，该类电池具有较高能量/质量比和能量/体积比。 为了提高电池的使用率及全面掌握电池的状态，大多数设备在应用场合需要显示电池组的剩余电量信息，以供使用者明确电池组的工作状态，及时对电池组进行充电。在电池放电过程中，电池电压与剩余电量、工作时间之间并不是线性关系，所以并不能简单地采用电压采样、函数计算剩余电量。针对该要求，设计了一种基于单片机的锂离子电池电量检测系统，该检测系统的设计对全面掌握锂离子电池的电量状态，提高其利用率具有现实意义。本设计的研究成果若能广泛应用于便携式电子产品，为人类日常生活和生活质量的提高有着深远的意义。

二、研究概况及发展趋势综述 锂电池常用的电量检测方法有两种，一种是利用库仑计，根据电池工作的电流与时间进行计算出电池的实际容量，此种检测方法是最准确的检测方法，一般用的芯片有TI，美信等电池管理芯片，但是成本太高，调试复杂。另一种方法是利用电池工作的电压曲线来分析出电池的容量，这种方式比较简单，成本也低，由于直接采用比较器如LM339，LM324等，检测精度低，检测相对很不准确，温漂大，功耗大。 在满足要求的前提下，本设计尽可能采用简单的锂离子电池电量检测方案，提出的基于单片机的锂离子电池电量检测方案，抗干扰能力强，并且可以实现对锂离子电池电量的高精度检测。 在本设计方案中，没有考虑电池老化等复杂因素对电量检测精度产生的负面影响，所以检测结果稍有误差。未来在要求更高精度的锂离子电池电量检测应用中，该检测系统必须考虑这些复杂问题对检测精度的影响，还需要做进一步的改进，让检测精度提高一个水平。

各种锂离子电池正极材料分析

锂离子电池现使用的正极材料有如下几种： 1、钴酸锂 钴酸锂也是目前应用最为广泛的正极材料，钴产生3.9V(vs. Li)的电势平 台，对钴酸锂而言，对应于其理论容量，高达274mAh/g，实际容量可达155mAh/g，具有很高的能量密度。主要应用于便携电池领域：如手机，PDA；移动DVD； MP3/MP4、笔记本电脑。 1）结构缺陷 对钴酸锂（LixCoO2，00.55 时，材料的容量发生严重的退化，其层状结构倾向于塌陷，使得实际可利用的容量不超过155mAh/g，为了能够更多的利用LiCoO2 中的锂离子，人们采用掺杂、包覆等办法对其改性。目前，有多种元素应用于LiCoO2 掺杂，但只有Mn 和Al 表现出较好的效果。 在Li 过分脱出时(E>4.2V 时)，LiCoO2 发生严重的过充现象，化学键发生断 裂而释出O2，导致体系的不稳定，甚至有使电池爆炸的危险。 2）资源缺乏 钴在我国属于稀缺资源，我国钴矿矿床规模较小，矿区储量大于2 万吨的只 有甘肃金川和青海德尔尼两处，矿区储量大于1 万吨的有河北、四川、海南、新 疆4 省。截至2006 年底，我国探明钴储量47.1 万吨。由于连年开采，我国钴储 量逐年减少。我国钴产量应该在4900 吨左右。2002 年我国钴消费量为4845 吨，比2001 年增加了22%。从2002 年起，电池行业已超过硬质合金行业，成为我国 钴消费的第一大行业。由于目前我国未发现大规模有开采价值的钴矿，我国锂电池正极材料用钴酸锂的生产基本上是从国外进口价格昂贵钴原料。 2、镍酸锂 Ni4+/Ni3+电对能产生3.75V 的电势平台。它能可逆的嵌脱0.7Li，具有接 近200mAh/g 的循环容量，但在实际中，很难得到这个结果。首先在高温下，由于Li 的挥发，很难合成化学计量比LiNiO2，高温时六方相的LiNiO2 很容易向立方相的LiNiO2 转变，这种锂镍置换的立方相的没有电化学活性，而且这个反应的逆过程很慢并且不完全。此外在充放电过程中，LiNiO2 还会发生一系列的结构变化，而导致嵌锂容量的损失。实际上镍酸锂无太大实用价值。 3、镍钴二元材料和多元复合材料 LiCoO2 价格昂贵，LiNiO2 合成困难，如果能够结合二者的优点，用价格相 对低廉的Ni 替代部分Co，合成具有LiCoO2 一样优良电化学性能地电极材料，那么将具有广阔的应用前景。由于半径相近，Ni 和Co 几乎可以以任何比例形成 固溶体。近几年来，多元混合掺杂的层状氧化物得到了大量的研究，不同金属原子比例的镍钴锰多元材料得到了研究，但是颗粒形貌和粒度分布不得到有效的控制，只有在足够高的电势下(大于4.5V)才能获得180mAh/g 的容量，此外没有从根本上改变钴系材料的特点。 4、尖晶石锰酸锂 尖晶石锰酸锂能够产生4.0 V 的电压平台，与钴酸锂相当，理论容量 148mAh/g，实际容量120mAh/g 左右，比现在所用的钴酸锂稍低。早在上世纪80

锂电池论文

正宗浩浩 摘要简要综述了锂离子电池的发展历程,原理,应用及前景,侧重于基本原理以及与生活密切相关的应用. 关键字锂离子电池电池应用 锂电池的产生 自从1958年美国加州大学的一位研究生提出了锂,钠等活泼金属做电池负极的设想后,人类开始了对锂电池的研究.而从1971年日本松下公司的福田雅太郎发明锂氟化碳电池并使锂电池实现应用化商品化开始,锂电池便以其比能量[1]高,电池电压高,工作温度范围宽,储存寿命长等优点,广泛应用宇军事和民用小型电器中,如移动电话,便携式计算机,摄像机,照相机等. 锂电池的简单介绍 锂电池是一类以金属锂或含锂物质作负极的化学电源的总称.由于锂的标准电极电位负值较大(相对标准氢电极电位为-3.05V)而且理论比容量[2]高达 3.88Ah/g.因此,与常规电池相比,具有电压高(3V左右),比能量大（200-450Wh/kg)，可反复充放电（5000次以上），无记忆效应，无污染，工作环境宽等特点.已实用化的锂电池有Li-MnO2，Li—I2,Li-CuO,Li-SOCl2,Li-(CFx)n,Li-SO2,Li-Ag2CrO4等.而当这里的锂电极用碳代替时,便成了最新式的锂离子蓄电池.锂离子电池的研究始于20世纪80年代.1990年日本Nagoura等人研制成以石油焦为负极,以LiCoO2为正极的锂离子电

池:LiC6|LiClO4-PC+EC|LiCoO2. 同年.Moli和sony两大电池公司宣称将推出以碳为负极的锂离子电池.1991年,日本索尼能源技术公司与电池部联合开发了一种以聚糖醇热解碳(PFA)为负极的锂离子电池.1993年,美国Bellcore(贝尔电讯公司)首先报道了采用PVDF工艺制造成聚合物锂离子电池(PLIB)。发展到今天性能有了极大地提高，被广泛适用于手机、电脑等。 锂离子电池的工作原理 锂离子电池目前有液态锂离子电池(LIB)和聚合物锂离子电池(PLIB)两类.其中,液态锂离子电池是指以Li+嵌入化合物为正负极的二次电池.正极采用锂离子化合物LiCoO2,LiNiO2或LiMn2O4 ,负极采用锂-碳层间化合物LixC6 电解质为溶解有锂盐的LiPF6,LiAsF6等有机溶剂.聚合物锂电池的正极和负极与液态锂离子电池相同.只是原来的液态电解质改为含有锂盐的凝胶聚合物电解质.而目前主要开发的就是这种.当锂离子电池工作时,它的电化学表达式为：Cn|LiClO4-EC+DEC|LiMO2 (+)正极反应:LiMO2 ===Li1-xMO2+xLi+xe 或Li1+yMn2O4 ===Li1+y-xMn2O4+LixCn (-)负极反应:nC+xLi+xe ===LixCn (式中M为Co,Ni,Fe,W等)锂离子电池实际上是一种锂离子浓差电池,正负两极由两种锂离子嵌入化合物组成.充电时,Li+从正极脱嵌经过电解质嵌入负极,负极处于富锂态,正极处于贫锂态,同时电子的补偿电荷从外电路供给到碳负极,保证负极的电荷平衡,放电时则相反,Li+从负极脱嵌,经电解质嵌入正极，从而构成闭合回路。

锂离子动力电池的安全性问题分析Word版

锂离子动力电池的安全性问题分析 （） 摘要：本文从锂离子电池材料和制作工艺两个方面分析影响锂离子电池安全性能的因素，并进一步分析锂离子电池组安全性的关键问题。 关键词：锂离子电池；安全性能；热稳定性；影响因素 Power type lithium ion battery safety problem analysis (Electrical Engineering College, Longdong University, Qingyang 745000, Gansu, China) Abstract:This article from the lithium ion battery materials and production process analysis of two aspects of influence of lithium ion battery safety performance factors, and further analysis of lithium ion battery safety problems. Key words:Lithium ion battery; Safety performance; Thermal stability; Influence factors. 0 引言 锂离子电池是一种充电电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电池时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。一般采用含有锂元素的材料作为电极的电池。是现代高性能电池的代表。锂离子电池是最晚研究而商品化进程最快的一种高性能电池。锂离子电池以其独特的优势目前以成为各个领域广泛应用的新能源。锂离子电池具有电压高、比能量高、循环性能好等特点，越来越广泛应用发的3C市场领域、电动车(EV)和混合型电动车(HEV)市场领域、军事用途及空间技术领域。虽然，锂离子二次电池的安全性相对于金属锂二次电池有了很大的提高，但仍存在着许多隐患，比如：由于电池的比能量高，且电解液大多为有机易燃物等，当电池热量产生速度大于散热速度时，就有可能出现安全性问题。根据Ph.Biensan等的研究证明：锂离子电池在滥用的条件下有可能产生使铝集流体熔化的高温(>700℃)，从而导致电池出现冒烟、着火、爆炸、乃至人员受伤等情况。因此对锂离子电池的研制和生产来说，电池的安全性不仅是指在各种测试条件下不出现冒烟、着火、爆炸等现象，最为重要的确保人员在电池滥用的条件下不受伤害。 1 锂离子电池的几代变革 第一代锂离子电池：负极：锂金属，工作电压高达3.7。由于直接以极其活跃的金属锂作为负极，安全隐患太大已经被淘汰。

锂离子电池正极材料技术进展_孙玉城.

锂离子电池正极材料技术进展 孙玉城 1, 2 (1. 青岛科技大学新材料研究重点实验室 , 山东青岛 266042; 2. 青岛新正锂业有限公司 摘要 :概述了国内外近 30a 有关锂离子电池正极材料的研究进展以及笔者在锰系正极材料方面的研究结果 ; 比较了几种主要正极材料的性能优缺点 ; 阐明了正极材料发展方向。近期镍钴锰酸锂三元材料将逐步取代钴酸锂 , 而改性锰酸锂和镍钴锰酸锂三元材料以及两者的混合体将在动力型锂离子电池中获得广泛使用。在未来 5~10a , 高容量的层状富锂高锰型正极材料或许会是下一代锂离子电池正极材料的有力竞争者。 关键词 :锂离子电池 ; 正极材料 ; 技术进展 中图分类号 :TQ131.11文献标识码 :A 文章编号 :1006-4990(2012 04-0050-05 Technology development in cathode materials of lithium ion battery Sun Yucheng 1, 2 (1. Novel Material Research Focus Laboratory , Qingdao University of Science and Technology , Qingdao 266042, China ; 2. Qingdao LNCM Company Abstract :The technology development in the main cathode materials of lithium ion battery at home and abroad of the past 30 years and the author ′ s research results of Mn-based cathode materials were discussed respectively.Advantages and disadvan -tages of the main cathode materials and opinions of the development trend in the cathode materials of lithium ion battery were summarized.It was believed that Li (Mn , Co , Ni O 2is going to replace LiCoO 2and LiMn 2-x A x O 4or Li (Mn , Co , Ni O 2or the mixture

锂电池几种正极材料的优缺点

锂电池几种正极材料的优缺点 锂离子电池的性能主要取决于所用电池内部材料的结构和性能。这些电池内部材料包括负极材料、电解质、隔膜和正极材料等。其中正、负极材料的选择和质量直接决定锂离子电池的性能与价格。因此廉价、高性能的正、负极材料的研究一直是锂离子电池行业发展的重点。负极材料一般选用碳材料，目前的发展比较成熟。而正极材料的开发已经成为制约锂离子电池性能进一步提高、价格进一步降低的重要因素。在目前的商业化生产的锂离子电池中，正极材料的成本大约占整个电池成本的40％左右，正极材料价格的降低直接决定着锂离子电池价格的降低。对锂离子动力电池尤其如此。比如一块手机用的小型锂离子电池大约只需要5克左右的正极材料，而驱动一辆公共汽车用的锂离子动力电池可能需要高达500千克的正极材料。 衡量锂离子电池正极材料的好坏，大致可以从以下几个方面进行评估：（1）正极材料应有较高的氧化还原电位，从而使电池有较高的输出电压；（2）锂离子能够在正极材料中大量的可逆地嵌入和脱嵌，以使电池有高的容量；（3）在锂离子嵌入/脱嵌过程中，正极材料的结构应尽可能不发生变化或小发生变化，以保证电池良好的循环性能；（4）正极的氧化还原电位在锂离子的嵌入/脱嵌过程中变化应尽可能小，使电池的电压不会发生显著变化，以保证电池平稳地充电和放电；（5）正极材料应有较高的电导率，能使电池大电流地充电和放电；（6）正极不与电解质等发生化学反应；（7）锂离子在电极材料中应有较大的扩散系数，便于电池快速充电和放电；（8）价格便宜，对环境无污染。 锂离子电池正极材料一般都是锂的氧化物。研究得比较多的有LiCoO2，LiNiO2，LiMn2O4，LiFePO4和钒的氧化物等。导电聚合物正极材料也引起了人们的极大兴趣。 1、LiCoO2 在目前商业化的锂离子电池中基本上选用层状结构的LiCoO2作为正极材料。其理论容量为274mAh/g，实际容量为140mAh/g左右，也有报道实际容量已达155mAh/g。该正极材料的主要优点为：工作电压较高（平均工作电压为3.7V）、充放电电压平稳，适合大电流充放电，比能量高、循环性能好，电导率高，生产工艺简单、容易制备等。主要缺点为：价格昂贵，抗过充电性较差，循环性能有待进一步提高。 2、LiNiO2

对锂离子电池的安全性评判

对锂离子电池的安全性评判 近年来多起电动汽车着火事件的曝光，使得人们对电动汽车尤其是是锂离子电池的安全性问题越来越关注。当然这不是说电动汽车的安全性就很差，普通汽油车也容易发生起火事件，特别是夏天，只要留心就会发现汽油车的自燃事件发生也不在少数，但是我们也希望能从锂离子电池安全设计上避免类似的事故发生，毕竟人的安全是大于一切的，就如同那句话说的"人是万物的尺度"。 目前我们对锂离子电池安全性的评判还停留在一个较为初级的阶段，判断标准比较模糊，只能判断电池危险程度的几个明显的点，但实际上锂离子电池从完全安全状态转变到完全危险的状态是一个连续变化的曲线，也就是说现在的评判体系无法判断两个状态之间的电池安全状态，这就形成了一个电池安全状态的盲区，因此对锂离子电池的安全性评判函数化、数字化就显得尤为重要，特别是对于动力电池在电动汽车上的应用有着重要的意义。 目前针对锂离子电池安全性常用的标准为欧洲汽车研究发展理事会制定的危害等级分类。该危险级别分类表将电池风险等级共分为0-7八个级别，级别越高电池越危险。 例如6级表明电池发生起火但未发生爆炸，而最高的7级表明电池不仅发生了起火，还发生了危险的爆炸。为了保证操作人员的安全，需要将危险级别控制在4以内，也就是说电池不发生破裂、起火和爆炸。 首先我们要树立一个概念，安全性与滥用是相对立的，增加滥用强度，则必然降低电池系统的安全性。目前大多数针对锂离子电池安全性描述，都是基于经验的总结，缺乏数字性质的准确描述。

为了将电池风险数字化，Ashtiani发明的风险模式和风险分析(HMRMA)模型，该模型主要由两个中要参数组成风险严重程度Hs和风险概率HL。 其中Hs值为0-7代表风险的严重程度，HL值为1-10表示风险发生的可能性，代表每100万件样品中发生风险的数量。为了降低风险HR的值，可以选择降低Hs或者HL，或者我们也可以引入一个新的变量风险控制Hc，因此上式就可以转变为，其中Hc的值的范围为0-1，完全不控制Hc为1，完全控制则Hc为0。 电池的风险随着电池的使用状态是在不断的发生变化的，为了体现这种变化，Lu等基于电池电压和使用温度探讨了电池使用安全性问题，并引入了功能状态函数SOF，该函数主要有电池充电状态SOC和电池安全状态SOH，以及电池的输出功率有关。 其中P(t)为电池输出的瞬时功率，Pd为瞬时需求功率，Pmax为电池全新状态时最大输出功率。其中P(t)=Pmax·SOC(t)·SOH(t)，其中SOH(t)可以根据电压的值来确定，如下式所示，其中V(t)为瞬时输出电压，Vd为负载最小需求电压，Vlim为电池全新状态时搭载负载最小出输出电压。 该系统能在铅酸电池上良好运行主要依赖于铅酸电池SOC与电压之间良好的线性关系，但是对于锂离子电池SOC与电压之间并不是完全的线性关系，因此需要做适当的修正。 本文上篇的内容主要介绍了一些目前学者们针对锂离子电池安全性模型的研究成果，下篇将结合18650电池的安全实验数据，介绍推导和使用电池安全性模型方法。

锂离子电池正极相关材

锂离子电池具有工作电压高、无记忆效应、环境友好等优点，已经成为21世纪绿色电池的首选。锂离子电池的关键材料之一是正极材料，目前商品化锂离子电池的正极材料主要是LiCoO2，但存在成本高、实际比容量偏低、抗过充电性能差、安全性能不佳等问题，严重阻碍了锂离子电池的进一步发展，限制了它在更广领域的应用，迫切需要研究者开发出成本低、性能优良、安全性高的锂离子电池正极材料以满足电动汽车等新兴行业的需求。 锂离子电池是绿色环保电池，是二次电池中的佼佼者。与镍镉电池(Cd．Ni)和镍氢电池(Ni．H)相比，锂离子电池具有工作电压高、比能量大、充放电寿命长、自放电率低等显著优点，且没有Cd-Ni电池中镉的环境污染问题。锂离子电池的上述特点，使其可以向小型化方向发展，因而适合于小型便携式电器电源，如移动电话、笔记本电脑、照相机等。这些电器与人们的商务活动和日常生活紧密相连，使用的群体广，新旧换代快。锂离子电池还可以用于电动工具和电动车电源替代Cd．Ni电池和铅酸电池，一方面Cd-Ni电池和铅酸电池的原材料上涨，成本提高，发展受限，我国出口退税政策调整；另一方面欧盟在2005和2006年相继出台了两项与化学品相关的RollS和REACH法令，前者限制了铅、镉等6种化学元素的使用，后者则规定上万种化学药品要重新注册。所以这为锂离子电池行业发展带来了新的机遇【l】。此外，锂离子电池也是航空航天和军事等领域要求空间上移动使用的新一代清洁安全能源，以及作为家庭和交通照明、备用电源、储能电站等时间上移动使用的储能调峰电源。因此锂离子电池有非常广阔的应用范围。 1．2锂离子电池发展简况 锂离子电池的发展可以追迥到锂二次电池，锂二次电池的研究最早始于20世纪60--70年代的石油危机，当时主要集中在以金属锂及其合金为负极的锂二次电池体系，但锂在充放电过程中由于电极表面的凹凸不平，导致表面电位分布不均匀，造成了锂的不均匀沉积。这种不均匀沉积导致锂在一些部位沉积过快，产生锂枝晶，当锂枝晶发展到一定程度时，一方面会发生折断，造成锂的不可逆损失；另一方面锂枝晶的产生会刺穿电池的隔膜，将正极与负极连接起来，引起短路，产生大电流进而生成大量的热，引起电池着火甚至爆炸，从而引发严重的安全问题，因此这种电池未能实现商品化【2】。锂二次电池的突破性发展源于Armand 的“摇椅电池(Rocking chair batteries)”的构想，即采用低插锂电势的嵌锂化合物代替会属锂为负极，与高插锂电势的嵌锂化合物组成二次锂离子电池。Scrosati等【3】以LiWO2或Li6FeO3为负极，以TiS2、WO3、NbS2或V2O5为正极组装成二次电池。1987年，Aubom等【4】装配了以MoO2或WO2为负极，LiCoO2为正极的“摇椅式”电池。与金属锂为负极的二次锂电池相比，这些电池的安全性能和循坏性能大大提高。但由于MoO2和WO2等负极材料的嵌锂电位较高(07～2.0 V vs Li+/Li)，因此未能得到实际应用。1990年日本Sony能源技术公司首先推出实用型锂离子电池。该电池既克服了二次锂电池循环寿命短、安全性差的缺点，又较好地保持了二次锂电池高电压、高比能量的优点。由此，二次锂离子电池在全世界范围内掀起了研究开发热潮，并取得了巨大的进展净。 锂离子电池的关键材料之一是正极材料，所以锂离子电池对正极材料的要求也很高。从上世纪70年代开发锂电池起，经过30多年的研究，多种嵌锂化合物可作为锂离子电池的正极材

锂离子电池开题报告

武汉理工大学 本科毕业论文（设计） 开题报告 题目锂离子电池正极材料Li2MnO3的掺杂改性院、系材料科学与工程研究院 专业无机非金属材料科学与工程 10级 学生姓名马娟 学号 0121001040227 指导教师郝华

1、研究背景 锂离子电池是20世纪70年代以后发展起来的一种新型储能电池。由于其具有高能量、寿命长、低能耗、无公害、无记忆效应以及自放电小、内阻小、性价比高、污染少等优点，锂离子电池在逐步应用中显示出巨大的优势，广泛应用于移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机、电动汽车、储能、航天等领域。特别是新能源汽车的开发与应用，要求具有高比能量的锂离子电池，而传统的正极材料难以满足能量密度的需要，因此迫切需要开发新型高比容量的锂离子电池正极材料。 高比容量，绿色环保，以及价格便宜都将是锂离子电池必不可少的因素。正极材料作为整个电池的重要组成部分，直接影响电池的使用性能和制造成本。近年来锂离子电池电极材料的研究和开发一直受到社会的广泛关注，其中正极材料的研究是对锂离子蓄电池研究和开发有着重要的价值。目前使用的正极材料主要有 Li2CoO2，LiNi0.9Co0.lO2。由于钴价格较锰将近贵到40倍，若将资源丰富、价格便宜、对环境污染小的锰用于阳极材料取代现在的钴,将会带来很大的经济效益。层状结构Li2Mn03基正极材料以其理论容量高，环境友好以及原料价格便宜等优势得到广泛关注。但该材料体系电导率低，制约了它的进一步应用。 制备正极材料的方法很多，而溶胶凝胶法由于其特有的优点备受关注。溶胶凝胶法在配位化合物、纳米材料、金属簇合物的合成中已经得到了广泛的应用。一般的合成方法中均采用两种或者两种以上的配合剂，将采用配合物低分子基团柠檬酸，且该物质对人体无害,目的在于减少有机物用量和环境污染,同时具有溶胶凝胶法合成材料的优点。

锂电池论文

锂离子电池的原理与应用 王明浩 （重庆大学材料科学与工程学院2010级装饰1班）摘要简要综述了锂离子电池的发展历程,原理,应用及前景,侧重于基本原理以及与生活密切相关的应用. 关键字锂离子电池电池应用 锂电池的产生 自从1958年美国加州大学的一位研究生提出了锂,钠等活泼金属做电池负极的设想后,人类开始了对锂电池的研究.而从1971年日本松下公司的福田雅太郎发明锂氟化碳电池并使锂电池实现应用化商品化开始,锂电池便以其比能量[1]高,电池电压高,工作温度范围宽,储存寿命长等优点,广泛应用宇军事和民用小型电器中,如移动电话,便携式计算机,摄像机,照相机等. 锂电池的简单介绍 锂电池是一类以金属锂或含锂物质作负极的化学电源的总称.由于锂的标准电极电位负值较大(相对标准氢电极电位为-3.05V)而且理论比容量[2]高达3.88Ah/g.因此,与常规电池相比,具有电压高(3V左右),比能量大（200-450Wh/kg)，可反复充放电（5000次以上），无记忆效应，无污染，工作环境宽等特点.已实用化的锂电池有Li-MnO2，Li—I2,Li-CuO,Li-SOCl2,Li-(CFx)n,Li-SO2,Li-Ag2CrO4等.而当这里的锂电极用碳代替时,便成了最新式的锂离子蓄电池.锂离子电池的研究始于20世纪80年代.1990年日本Nagoura等人研制成以石油焦为负极,以LiCoO2为正极的锂离子电池:LiC6|LiClO4-PC+EC|LiCoO2. 同年.Moli和sony两大电池公司宣称将推出以碳为负极的锂离子电池.1991年,日本索尼能源技术公司与电池部联合开发了一种以聚糖醇热解碳(PFA)为负极的锂离子电池.1993年,美国Bellcore(贝尔电讯公司)首先报道了采用PVDF工艺制造成聚合物锂离子电池(PLIB)。发展到今天性能有了极大地提高，被广泛适用于手机、电脑等。 锂离子电池的工作原理 锂离子电池目前有液态锂离子电池(LIB)和聚合物锂离子电池(PLIB)两类.其中,液态锂离子电池是指以Li+嵌入化合物为正负极的二次电池.正极采用锂离子化合物LiCoO2,LiNiO2或LiMn2O4 ,负极采用锂-碳层间化合物LixC6 电解质为溶解有锂盐的LiPF6,LiAsF6等有机溶剂.聚合物锂电池的正极和负极与液态锂离子电池相同.只是原来的液态电解质改为含有锂盐的凝胶聚合物电解质.而目前主要开发的就是这种.当锂离子电池工作时,它的电化学表达式为：Cn|LiClO4-EC+DEC|LiMO2 (+)正极反应:LiMO2 ===Li1-xMO2+xLi+xe 或Li1+yMn2O4 ===Li1+y-xMn2O4+LixCn (-)负极反应:nC+xLi+xe ===LixCn (式中M为Co,Ni,Fe,W等)锂离子电池实际上是一种锂离子浓差电池,正负两极由两种锂离子嵌入化合物组成.充电时,Li+从正极脱嵌经过电解质嵌入负极,负极处于富锂态,正极处于贫锂态,同时电子的补偿电荷从外电路供给到碳负极,保证负极的电荷平衡,放电时则相反,Li+从负极脱嵌,经电解质嵌入正极，从而构成闭合回路。 锂离子电池的应用 锂离子电池的一个应用方向是电动汽车.进入20世纪80年代,由于工业的发展,汽车产量巨增,大气污染成分的63%来自燃油汽车,为了根治汽车尾气对环境造成的污染,电动汽车及电动汽用电池的开发研究已经国内外汽车行业发展的

磷酸铁锂电池的安全性能研究.docx

磷酸铁锂电池的安全性能研究 电动车应用最基本的要求是保证安全。电池的安全性归根到底体现的是温度问题。任何安全性问题最终的结果就是温度升高直至失控，直至出现安全事故。电池的安全性检测通常包括过充电、过放电、穿刺、挤压、跌落、加热、短路等，在这些情况下，会引起电池温度上升或部分区域温度过高，达到某一底限温度值，大量的热产生由于不能及时被消散引发一系列放热副反应，从而出现热失控。热失控一旦被引发就完全不能停止，直到所有反应物被完全地消耗，在大多数情况下导致电池的破裂，随之伴有火焰和浓烟，有时甚至是电池的爆炸。在锂电池当中，公认的以LiFePO4为正极材料的锂电池具有最好的安全性能。主要是由于LiFePO4在高温条件下的氧保持能力好，即使在超过500℃的高温也不会失氧，比钴酸锂、锰酸锂及三元材料等药高得多。但在滥用条件下，即使LiFePO4为正极的锂电池，也会出现安全性问题。本文主要研究和分析不同的安全性检测条件对磷酸铁锂电池的安全性能检测结果的影响。 安全性问题最终的反映是热量累积或能量短时释放引起的温度迅速升高出现失控。在电池滥用过程中，产生热的原因有以下几个方面：（1）负极SEI膜的分解；（2）负极与电解质的反应；（3）电解液的热分解；（4）电解液在正极的氧化反应；（5）正极的热分解；（6）负极的热分解；（7）隔膜的溶解以及引起的内部短路。电池抵抗各种滥用的能力主要取决于产热和散热的相对速度。当电池的散热速度低于产热速度时，它可能会遭受热失控。 1. 测试对象与设备 2. 试验 3. 结果与分析 3.1过充电 锂离子电池在充电时发生式(1)所示的反应，Li 不完全脱出，生成物为 LiFePO4和 FePO4。LiFePO4—— LiFePO4+ FePO4+ Li +xe 电池过充时，Li+大量脱出，生成的 FePO4增多，引起较大的极化电阻和极化电势，使电池的电压快速升高；过多的锂脱出，极片上的粘结剂被破坏，使正极膏片从集流体上脱离，出现大面积掉膏，脱出的 Li 聚集在负极片上，形成点状白点；电池正极附近的高氧化氛围引起电解液氧化分解使过充电池剩余的电解液较少，电解液分解产生更多的热量和气体，使电池鼓胀加剧，爆炸的可能性加大；LiFePO4在过充时发生了不可逆分解，有氧气和含 Fe 的

锂离子电池三元正极材料的分析研究进展

锂离子电池三元正极材料的研究进展 2009年09月01日作者：丁楚雄／孟秋实／陈春华来源：《化学与物理电源系统》编辑：樊晓琳 摘要：本文综述了锂离子电池正极材料层状三元过渡金属氧化物Li-Ni-Co-Mn-O的研究进展，讨论了三元材料的结构特性与电化学反应特征，重点介绍了三元材料的制备方法和掺杂、表面修饰等改性手段，并分析了三元材料目前存在的问题和未来的研究重点。 关键词：锂离子电池；Li-Ni-Co-Mn-O；层状结构；制备方法；改性 Abstract: The research progress of the ternary transition metal oxides LiNi1-x-yCoxMnyO2 as layered cathode materials for lithium ion batteries is reviewed. The structure and electrochemical performances of the materials are discussed. Various synthesis methods, doping and surface-modification approaches are introduced in detail. Finally, the current main problems and further research trend of the materials are pointed out. Key words: lithium ion battery。 cathode。 layered structure。 synthesis methods。modification 1、引言 锂离子电池因其电压高、能量密度高、循环寿命长、环境污染小等优点倍受青睐[1, 2]，但随着电子信息技术的快速发展，对锂离子电池的性能也提出了更高的要求。正极材料作为目前锂离子电池中最关键的材料，它的发展也最值得关注。 目前常见的锂离子电池正极材料主要有层状结构的钴酸锂、镍酸锂，尖晶石结构的锰酸锂和橄榄石结构的磷酸铁锂。其中，钴酸锂