先进功能材料之三元正极材料课件.pptx

1、先进功能材料报告内容1 1、锂离子电池工作原理、锂离子电池工作原理2 2、三元正极材料结构和性能、三元正极材料结构和性能3 3、三元正极材料研发运用现状、三元正极材料研发运用现状4 4、国际应用前沿及发展展望、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

2、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：、三元三元、富锂锰 LiMO2层状材料层状材料橄榄石结构LiFePO4尖晶石结构LiMnO22.1 三元正极材料 传统正极材料 LiMO2层状材料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

3、，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-yO2Ni：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

4、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 solutionLiOH+Co-pricipitationNixCoyMn1-x-y(OH)2 Li2(OH)3 Calcination(850 for 20h)LiNixCoyMn1-x-y O2 pure oxygenO 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 3、三元正极材料研发运用现状、

5、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，阿贡国家实公司手里，阿贡国家实验室验室(ANL)也申请了一些三元材料也申请了一些三元材料专利专利。国际上三元材料产量最大的是比利时国际上三元材料产量最大的是比利时Umicore，并且，并且Umicore和和3M形成了产研联盟。形成了产研联盟。此外，韩国此外，韩国L&F，日本，日本Nichia(日亚化学日亚化学)，Toda Kogyo(户田工户田工业业)，德国德国BASF也是国际上主要的三元材料生产厂家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 4、国际应用前沿及发展展望、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 youThank you