碳包覆对锂离子电池正极材料Li2CoTiO4性能的影响文献综述

 2021-09-30 23:02:50

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文 献 综 述

1. 绪论

化学电源的产生与发展已有近200年的历史了，随着时代进步与社会的需求以及技术水平的不断提高，化学电源经历了铅酸电池、锌锰电池、镍-镉电池、镍-铁电池、镍-金属氢化物电池、锂二次电池、锂离子电池等阶段。化学电源发展也随着各种具有代表性的电池体系的产生经历了一系列重大变革。

随着科学技术的发展和人类社会的进步，以及因对现有自然资源的过度开发和浪费导致的资源匮乏和不断加重的环境污染问题，传统的化学电源如铅酸电池、镉镍电池等，因能量密度低，环境污染等问题，已不能很好的满足市场的需求。人们对体积小、重量轻、功率高、容量大、循环性能好以及环境友好程度高的电源的需求程度越来越高，为顺应市场的变化及实现可持续发展，大力开发新型的高能绿色化学电源，已经成为生产商们及各种研究机构的工作重点，而目前广受关注并在近几年有突飞猛进发展的锂离子二次电池，正是这些高能绿色化学电源中的佼佼者。

由于金属锂在所有的金属中最轻、氧化还原电位最低、质量能量密度最大，因此含有元素锂的电池成为了最有希望的替代能源之一[1]。然而当时主要集中在以金属锂及其合金为负极的锂二次电池体系。但是锂在充电的时候，由于金属锂电极表面的不均匀，导致表面电位分布不均匀，造成锂不均匀沉积，从而产生枝晶，当枝晶发展到一定程度时，一方面会发生折断，产生死锂，造成锂的不可逆；另一方面，枝晶穿透隔膜，将正负极相连，导致电池短路，从而产生严重的安全问题。这种锂二次电池之所以没有实现商品化，主要原因是安全问题没有得到根本的解决。随着电子技术的不断发展导致各种电子产品向小型化发展，而小型化发展必须伴随着电源的小型化。环境保护意识日益增强，对铅、镉等有毒金属的使用日益受到限制，这也成为发展锂二次电池的推动力之一。

1980年Goodenough等提出了LiCoO2作为锂充电电池的正极材料，揭开了锂离子电池的雏形，人们发现LiCo的电位仅比金属锂高0.5V，并且提高了循环充放电可逆性、寿命和安全性，于是取代金属锂做负极材料，在l991年实现了商品化生产。

目前，从全球范围来看，锂离子电池生产企业主要集中在日本、中国和韩国，相应正极材料的生产企业也主要集中在以上国家。日本和韩国的正极材料企业整体技术水平和质量控制能力要优于我国多数锂电正极材料企业，在高端锂电正极材料的竞争中有一定优势。日本工业信息研究院(IIT)统计数据显示，2010年全球正极材料的消费量约为5.3万t，其中钴酸锂占54%，锰酸锂占11%，三元材料占27%，磷酸铁锂占4%，镍酸锂及其他正极材料占4%。2008年正极材料消费量为4.1万t，2008~2010年复合增长率为14%。该统计数据对中国正极材料的统计不全面,算上中国未统计产量，2010年全球正极材料的消费量约为6.5万t。在正极材料品种结构方面，钴酸锂的总需求量虽然仍然呈上升趋势，但是相对份额却呈逐步下降趋势，主要是因为成本相对较低的多元材料和锰酸锂已经逐渐地被市场所接受。

2. 锂离子电池结构、原理及特点

2.1 锂离子电池结构、原理

对锂离子电池而言，其主要构成材料包括电解液，隔离膜，正负极材料等。一般来说，在锂离子电池产品组成成分中，正极材料占据着最重要的地位，正极材料的好坏，直接决定了最终锂离子电池产品的性能指标。而正极材料在电池成本中所占比例高达40%左右。锂离子电池正极材料已成为制约高性能锂离子电池发展的瓶颈。另外，在正极材料研究方面所取得的进展，也展示出锂离子电池正极材料发展的广阔前景。

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