尖晶石型和橄榄石型在锂电池中的应用

锂离子电池具有高电压、比能量高、无记忆效应、无环境污染等特点，已经成为21世纪绿色高能二次电池的主要选择。目前商用锂离子电池正极材料LiCoO2，由于钴储量有限，价格昂贵，毒性大，作为锂离子电池正极材料成本高和安全性问题，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，尖晶石型的LiMn2O4中Mn2O4骨架是一个有利于Li+扩散的四面体和八面体共面的三维网络。同LiCoO2和LiNiO2相比，这种材料具有原料资源丰富、易于制备、成本低、耐过充性和安全性好、无环保问题、嵌、脱锂电位高等突出的优点，理论容量为148mA.h/g，实际容量可以接近理论容量，达到130-140mA.h/g，尖晶石型的LiMn2O4常用的合成方法有多步高溢固相合成法、溶胶一凝胶法、沉淀法等，这种材料难以广泛用作锂电池正极材料不是因为其理论容量低，而是因为其循环性能不佳，特别是在较高温度下的容量衰退问题，因此，如何克服尖晶石型的LiMn2O4在电化学循环过程中的容量衰退现象是目前尖晶石LiMn2O4的研究焦点，这种现象不仅与尖晶石型的LiMn2O4自身的性质有关，也与电解质的性质密切相关。

LiFePO4具有橄榄石型结构，工作电压3~4V，理论比容量170mA.h/g，循环性能优异，充放电过程中电极的结构变化小，是一种有发展前途的锂电池正极材料，LiFePO4的主要制备方法是化学沉淀法和溶胶一凝胶法。但LiFePO4的导电性能差，R离一r在该电极材料中的扩散速度慢，材料利用率低，电极的倍率充放电性能差。LiFePO4的纳米化可以缩短铿离子的扩散路径，改善LiFePO4电极的电化学性能，但纳米LiFePO4在电化学循环过程有严重的团聚现象，循环性能不佳。复合嵌锂化合物包括复合阳离子嵌锂化合物和复合阴离子嵌锂化合物，这类材料种类繁多，合成途径多样，不易找到最佳的制备方法、最佳元素组合和组合物的最佳用量。目前，最引起人们关注的是层状Li[CoxNi1-2x,Mnx]O2固溶体，这类材料首次放电容量达到160mA.h/g以上，热稳定性好、造价低、循环性能优异，产业化前景明朗，己经引起了人们的广泛关注。