3.3 不同锂盐对三元正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2晶体结构的影响 17

3.4 不同锂盐对三元正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2充放电性能的影响 20

4 结论与展望 22

致谢 23

参考文献 24

1 绪论

811材料作为新型三元正极材料，与传统正极材料对比，它结构更加稳定、更加环保和更高的放电比容量，正是在Ni、Co、Mn元素的存在，才使的这种三元正极材料脱颖而出。Kami-yung等[1]制备的811材料，在电化学性能测试中展现出了良好的性能。Tae-hyungCho等［2］制备的333材料，这种材料同样在电化学性能测试中表现优异，体现出了三元正极材料的优良性能，同时在三元正极材料中，811材料中含有更为少量的Co元素，所以811材料是当今社会最受关注的锂电池三元正极材料。

1.1 锂离子电池的结构和基本化学反应原理

在1990年，人们才正式的命名这种电池为锂离子电池，并且同时新型的锂离子电池也在这一年被研制出来。这种新型锂离子电池拥有了之前锂离子电池所不具备的各种优良性能，它具有良好的耐候性，电能输出稳定，能在普通环境中长时间保存。甚至被看作是“充满未来的电池”[3]。正是由于锂离子电池的这么多长处，使得它从一开始就受到了大家的重视，并对它的未来充满了期待。

1.1.1 锂离子电池的结构

锂离子电池对于各部分都有相应的要求，只有各部分都符合要求才能制造出性能优良的电池，所以锂离子电池还具有很大的发展空间，我们可以通过优化各部分的材料，而达到优化电池的目的。高电压是对正极材料的第一个要求，其次就算是在空气中也要有良好的稳定性，化合物和氧化物均可，同时也要具备脱出/嵌入锂离子的能力，负极材料通常要与金属锂的电位相近的并且能够解吸/吸入锂离子的材料，而作为电解液，它必须要有锂离子的存在，隔膜材料则应是只允许Li+通过的材料，常用聚稀烃系树脂作为隔膜材料。

它们在结构上基本没有什么差异[4]，都是由正极，负极，隔膜和电解液以及外壳材料这四大部分构成，其中我们最常见的圆柱形电池的结构如图1.1所示。

图1.1圆柱形锂离子电池的结构

1.1.2 锂离子电池的工作原理

锂离子在正极与负极之间的相互交换就是锂离子电池的基本工作原理（如图1.2所示），对负极而言，一定要能够吸入或是解吸锂离子；同理我们可知锂离子的正极材料也要具备这种性质，不同的是正极需要是氧化物金属，同时还需要含有锂离子，按照这个基本原理，制作而成的新型电池就是锂离子电池。所以，其充放电的实质就是锂离子在电解液中的运动，这也就是为什么我们将其称之为锂离子电池[5]。

图1.2锂离子电池工作原理

1.2 锂离子电池正极材料的研究现状

锂离子电池作为当今最为热门的电池之一，关于锂离子电池的研究也进行的如火如荼，其中就包括对正极材料的研究，正如上文所讲，电池的每一部分的性能都会对最终电池的性能产生影响，正极材料的性能也很重要，首先，正极材料的可逆性质是必须的，因为正极也需要吸入和解吸锂离子，如果没有良好的可逆性质，电池的寿命会大打折扣，同时成本也是我们必须要考虑的，因此对设备的要求不能太过严格，原料也不能过于昂贵。

在锂离子电池的研究中，至今没有一种十全十美的正极材料，每种材料都有各自的缺点，就拿LiCoO2这种材料来说，LiCoO2中的氧会随着脱锂量的增大而跑出，这样的话，晶体结构就会发生变化，结果就是它的实际比容量只能近似的达到理论上的一半，除此之外Co的价格较高、具有一定的毒性。这时开始出现了Ni、Mn元素的一元正极材料，它们具有较低的价格、较小的毒性，然而，材料的结构的稳定性和结构的类型也会影响到材料的性能，具有尖晶石结构和层状结构的一元材料性能均不太理想，它们有的容量比低，有的结构稳定性差，都不符合当今对正极材料的要求。此外，对于二元正极材料LiNi1-xMxO2(M代表Co和Mn的其中一种)来说它们则只能满足电化学性能的一部分需求，因为一元材料和二元材料都不能满足需求，所以人们开始研究三元材料，希望能够找到理想的三元正极材料[6]，我们也简称三元材料为NCM或NCA，三元材料最大的优势在于它们具有更加丰富的组成体系，根据性能需求的不同来对材料体系进行不同的选择，从而达到所需求的性能。随着新能源汽车的发展，锂离子电池现在也被看做是电动汽车的电源，这也从侧面说明了三元电池的已经得到了肯定，会在未来的锂离子电池中占有一席之地[7]。