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锂离子电池纳米材料研究制药工程学院制药工程专业2014级一班胡波142010106摘要锂离子电的核心是选择高能储锂电极材料，纳米材料以其独特的物理化学性能应用作为锂离子电池电极材料，具有减小极化，增大充放电电流密度，提高放电容量和循环稳定性等优点，有利于高性能、高容量和高功率电池的发展。纳米电极材料具有非常广阔的应用前景，但目前已有的研究基本处于实验开发阶段，且主要集中在制备方法上，其微观结构和电化学性能沿需进一步研究探讨。关键词锂离子电池纳米材料AbstractThemaintaskinLithium-ionbatteryresearchishowtofindoutthematerialwithhighstorageLithium.Nano-scalematerialisusedtobethepositiveelectrodeofLithium-ionbatteryforitsspecialphysicalandchemicalperformances.Inthispaper,theapplyingactualityofNano-scaleanodeandcathodematerialsofLithium-ionbatteryareintroduced.Theperformancesandthepreparationmethodsofthematerialsarealsorecommended.KeywordsLithium-ionbattery,nano-scalematerial,1.电极锂离子电池纳米电极存在一些潜在的优缺点。优点：（1）更好地释放锂嵌入和脱嵌过程中的应力，提高循环寿命；（2）可发生在块体材料中不可能出现的反应；（3）更高的电极/电解液接触面积提高了充/放电速率；（4）短的电子输运路径（允许在低电导或高功率下使用）。缺点：（1）有自放电现象，差的循环性能及寿命；（2）劣等的颗粒包装技术使其体积能量密度很低，限制应用；（3）电极合成过程可能会更加复杂。2.正极材料的性能和一般制备方法为了获得较高的单体电池电压，倾向于选择高电势的嵌锂化合物。正极材料应满足：（1）在所要求的充放电电位范围内，具有与电解质溶液的电化学相容性；（2）温和的电极过程动力学；（3）高度可逆性；（4）全锂化状态下在空气中的稳定性。成功的商品化电极材料在制备工艺上都有其独到之处，这是国内目前研究的差距所在，各种制备方法优缺点列举如下。（1）固相法：一般选用碳酸锂等锂盐和钴化合物或多元化合物研磨混合后，进行烧结反应:。此方法优点是工艺流程简单，原料易得；缺点是所制得正极材料电容量有限，原料混合均匀性差，制备材料的性能稳定性不好，批次与批次之间质量一致性差。（2）络合物法：用有机络合物先制备含锂离子和钴或钒离子的络合物前驱体，再烧结制备。该方法的优点是分子规模混合，材料均匀性和性能稳定性好，正极材料电容量比固相法高；缺点是材料振实密度低，生产使用困难。（3）溶胶凝胶法：利用上世纪70年代发展起来的制备超微粒子的方法，制备正极材料，该方法具备了络合物法的优点，而且制备出的电极材料电容量有较大的提高；缺点是成本较高，技术还属于开发阶段]。（4）离子交换法：用离子交换法制备的LiMnO2，获得了可逆放电容量达270mA·h/g高值，它具有所制电极性能稳定，电容量高的特点。但过程涉及溶液重结晶蒸发等费能费时步骤，距离实用化还有相当距离。（5）橄榄石型的磷酸铁锂材料，近年研究已经取得了很大的进展，已经在部分产品中应用，它具有安全性高（不存在爆炸的理论危险），使用寿命长（是钴酸锂的4倍）、可以大电流充放电等优异性能；缺点是生产成本高、材料堆积密度小，不利于生产控制，还不能应用到手机和电脑上。3.负极材料的性能和一般制备方法负极材料的电导率一般都较高，则选择电位尽可能接近锂电位的可嵌入锂的化合物，如各种碳材料和金属氧化物。可逆地嵌入脱嵌锂离子的负极材料要求具有：（1）在锂离子的嵌入反应中自由能变化小；（2）锂离子在负极的固态结构中有高的扩散率；（3）高度可逆的嵌入反应；（4）有良好的电导行；（5）热力学上稳定，同时与电解质不发生反应。锂离子电池中所用碳材料尚存在两方面的问题：（1）电压滞后，即锂的嵌入反应在0～0．25V之间进行（相对于Li＋／Li）而脱嵌反应则在1V左右发生；（2）循环容量逐渐下降，一般经过12～20次循环后，容量降至400～500mA·h/g。一般制备负极材料的方法可综述如下。（1）在一定高温下加热软碳得到高度石墨化的碳；（2）将具有特殊结构的交联树脂在高温下分解得到的硬碳；（3）高温热分解有机物和高聚物制备的含氢碳；（4）各种金属氧化物其机理与正极材料类似；（5）作为一种嵌锂材料，碳纳米管、巴基球C60等也是当前研究的一个新热点，成为纳米材料研究的一个分支。4.电解液锂离子电池的进展不仅需要电极性能的提高，也需要依靠电解液性能的增强。固态聚合物电解质代表了电池所需性能的终极形式。最理想的聚合物电解质是那些无溶剂薄膜形成的，如聚乙烯（乙烯氧化物），PEO和锂盐（LiX），如LiPF6或LiCF3SO3。然而这些材料在室温下差的离子传导性使之无法实现那么高的期望；1998年，Croce,F.等在Nature上宣告将纳米级无机填充物分散于无溶剂、聚醚基的电解质中，可以使其传导性增加数个量级。电解质输运性能提高的原因可用Maier开发出的不同种类掺杂模型来解释。可能与无机纳米粒子的表面状态跟聚合物链或锂盐阴离子之间发生的路易斯酸基交互作用有关。事实上，人们也在开发其它可以达到高导率的聚合物电解质。与这方面相关的有聚合物-盐纳米结构和离子液体的控制。