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先进功能材料,锂离子电池三元正极材料,姓 名:* 学 号:* 专 业:*,1,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。,3,锂电池Vs 锂离子电池,4,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、TiS2 Li + 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LiMnO2,5,2.1 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),6,2.2 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),7,2.3 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。,8,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,9,3、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,10,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。,11,4、国际应用前沿及发展展望,(1)消费电池(小型便携设备),12,(2)动力电池,13,(3)储能电池,14,Thank you,15,
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