锂离子在锰尖晶石中的嵌入

Jonh Goodenough研究组首次对正极材料的这三类结构进行清晰演示，取得一个十分惊人的成就。他们在1980年的《材料研究公报》(《Materials Research Bulletin》)发表了题为“Li/C02(0≤z≤1.0)；一种新的具有高比能量电池的正极材料，介绍由橄榄石结构衍生出来的LiFel -。Mg.P04的晶体结构（其中，Fe06八面体与P04四面体被展示）了层状材料。接着又在材料研究公报L17]发表了题为“锂离子在锰尖晶石中的嵌入”的文章，介绍了尖晶石材料。橄榄石结构材料则在“磷橄榄石作为可充电锂电池正极材料。

这三篇文章在2009年12月20日前，锂电池厂商已经分别被引用843次、653次和1044次之多。Jonh Goode-nough也因为他的这些成就获得的众多重要奖项，取得大家的认可。这些奖励包括2000年日本奖和2009年EnricoFermi奖。而这些奖项是对其研究组对所有锂离子电池正极材料研究工作的肯定。材料L1C002 LiNii - y Mn7 Coy O? ( NMC)LiNi0. 8 Coo. is Alo. os OzLiMn2 04LiFeP04Li[L11/9 N11/3 Mlis/9 ] 02LiNio. s Mrii. s 04质量比容量/(mA．h/g)几种正极材料的性能目前依然是最常用的，Co很贵较L1C002安全与便宜安全与LiC00z相当，质量比容量高较便宜，比LiC00z安全，高温稳定性差（但研发改进中）制备惰性气氛下导致成本增加，非常安全，低体积比能量高比容量，研发阶段，较低的倍率能力需要对高电压稳定的电解质普通正极材料的电压和容量总结中。

在最通常155mA正h／g～／中，Lic／2相对锂为3.9v。NMc材料具有相同的结构，并提供与LiC00z基本相当的性能，但是其好处是原材料成本降低；滥用时的热稳定性提高。0  Co-LiNio．8 C00．is Alo．05 02 (NCA)材料可提供更高的质量比容量，  o一高达200mA．h／g；但平台电压比L1C002成LiMi2 04降低约  Li～o．2V。

电池网近来，采用特殊包覆来提高层状正极材料对充电至更高电压的耐受性。有一些商品电池已经采用了包覆正极材料，其性能超过表26.3所列出的值。尖晶石LiMn2 04也已经有商业应用，特别是应用于价格敏感或要求对滥用时显示优异稳定性的场合。与采用L1C002或NCA相比，LiM12 04有较低的质量比容量100～120mA．h／g；稍高的电压，相对锂4．OV；其贮存或循环时有较高的容量损失，特别是在高温下格外明显。

LiC002LiFeP04的质量比容量大约为160mA．h／g，相对锂的平均电压为3. 45V。充电状态或放电状态的LiFeP04在350℃以下都图26.7理想的层状不与电解质发生反应。LiFeP04的缺点就是其质量比容量低和LiC002结构包装效率低（低的振实密度），由此很难生产出具有高能量密‘斑点状的是Li，白色的度的I)iFeP04电池。是o，黑色的是c。，Li[L11/经有几种新型正极材料有可能在下个十年内得到推广应用，其中之一就是Li[Lil／3—21/3 Nir Mn2/3r／3] 02(o≤z≤0.5)材料[20]显示出稳定的质量比容量，在z约为l厂3时高达275mA．h／g。同时，还有正在发展的诸如I_iNi。．5 Mrii.5 04的“5V，，材料。近来对这些材料的改进包括了降低不可逆容量损失和提高倍率能力。

负极材料的物理性质正极材料的粒度分布、颗粒形状、比表面积和振实密度在对锂离子电池性能起着重要的作用。这是因为粒度决定了固体扩散路径长度，由此粒度分布控制了倍率特性。

同时粒度分布与比表面积控制应用于涂覆电极浆料。对于含锂过渡金属氧化物而言，其颗粒比表面积也控制充电材料与电解质在较高温度下的反应活性。这是因为在正极材料颗粒与电解质之间相互作用是发生在颗粒的表面上，因此应该减小表面积能使材料更安全。最后一点，材料的振实密度乃是一个压制后电极最终密度的有用指示值：具有高振实密度的材料通常可以得到高密度电极。在这一节，对几种商品正极材料的物理性质予以介绍。