相關(guān)課程納米學(xué)院cch lecture科學(xué)院能量轉(zhuǎn)換材料重點實驗室

儲能鋰離電極材料陳中 DepartmentofMaterialsScienceandApplyingMaterialsInnovationtoEnergyandEnvironmental鋰離子電池簡

儲能鋰離子電池需要什么樣的電極和電解質(zhì)正極1)LiFePO42)Li3V2(PO4)334)負(fù)極1Li4Ti5O122VO20.43H2O34)Si-C;5)Fe2O3,電解質(zhì)1阻燃電解液2離子小UniversityofScienceandTechnologyofDepartmentofMaterialsScienceand巴格達(dá)陶

AlessandroVolta(1745-（兩千年前 電極：正極、負(fù)極二次電池：鉛酸蓄電池、鋰離子一次電二次電池：鉛酸蓄電池、鋰離子為什么鋰電池儲LiLi++e UniversityofScienceandTechnologyofDepartmentofMaterialsScienceand各種蓄電池的主UniversityofScienceandTechnologyofDepartmentofMaterialsScienceand熱鋰離子電池的主筆記本電

數(shù)碼相藍(lán)小型數(shù)碼電大型動力電電

輕型電動

電網(wǎng)儲能、調(diào)鋰離子電池電極UniversityofScienceandTechnologyofDepartmentofMaterialsScienceand以金屬鋰為負(fù)極的二 Metal(a) ypesecondary由由于可能形成枝晶問題，因此二次鋰電池的循 有限，安全性較差

鋰離子電池與電器（機(jī)和電腦 Camera

DigitalWeight

SmallSmallSealedLeadAcidNi-

MainMain Laptop 鋰離子電池與電器（、照相機(jī)和其它CellularandPCS P3 InternetDigital1.3MegaPixel(1280x1024),2.0MegaPixel(1600x1280pixel),3.3MegaMp3 Mp3 PalmCell

鋰離子電池

Anode

Cathode Safety

CathodeCathode

Anode

Anode UniversityofScienceandTechnologyofDepartmentofMaterialsScienceand鋰離子電池鋰離子電池+-UniversityofScienceandTechnologyofDepartmentofMaterialsScienceand正二維和三維網(wǎng)絡(luò)基體層 尖晶MO6八面體UniversityofScienceandTechnologyofDepartmentofMaterialsScienceand正二維和三維網(wǎng)絡(luò)基體層MO6八面體UniversityofScienceandTechnologyofDepartmentofMaterialsScienceand負(fù)嵌鋰石墨(LIC,LiC6)的結(jié)層內(nèi)結(jié)

3a=a=c=

對比：無嵌鋰石碳鋰UniversityofScienceandTechnologyofDepartmentofMaterialsScienceand膜PE=polyethylene（聚乙PE=polyethylene（聚乙烯）PPpolypropylene（聚丙烯）鋰離子電池的熱CellCell

ofElectrolyte

ofAnode

TriggerforTemperature

of鋰離鋰離子電池的最大隱患：安全性一些電池安全性UniversityofScienceandTechnologyofDepartmentofMaterialsScienceandhium-IonBatteryThin

SprayLiNi1/3Mn1/3Co1/3O2(M=Cu,

LiNi1-xAOLiMn2-

Fe,Sn,Ga,?MxOy-nano-

?Ionic?LithiumGel-

?UltrsonicElectrostaticSprayDepositionJ.Mater.Chem.6(1996)LiCoOLiCoO2,LiMn2O4,MnO2,ZnOLi3PO4,Co2O3,SnO2-MnO2,YSZ,Al2O3,TiO2,LaMnO3,LaCrO3,靜靜電噴霧沉積裝置示Solutionprecursor:Solprecursor:SuspensionPolymerFromESD(electrostaticspraydeposition)to靜電噴霧及靜電紡絲鋰離子電池與光伏2008年2月，夏普公司決定投資556萬開發(fā)大型鋰離子蓄電池，能供電的建筑物 :50-200Wh/kg)鋰離子鋰離子電池是儲能密度最高的池，已經(jīng)用能發(fā)電系儲能鋰離子電池需要什么樣的電極和電解質(zhì)度)；安全性好;低溫性能好;倍率性能佳；長。負(fù)極：電位低,比容量高,密度大(振實密度,電解質(zhì)一些常數(shù)和F=9.64853x104C/mol≈96500 96500n

96500n26800n(mAh/ C0-----理論比容量；n-----反應(yīng)得失電子數(shù) 活性物質(zhì)式Cm

26.8nm0( WCV WCV 電池電0mm正負(fù)極材料的基本材容電（Vvs.安全成長3.6-可中中正190(3-130(3-3.6-3.6-石0-可中差負(fù)LiNiLiNi0.5Mn1.5O4/石墨：4.7V，儲能密度最高LiNi0.5Mn1.5O4/Li4Ti5O12：3.0V與阻燃電解液匹配：進(jìn)一步提高安全性；正負(fù)極材料的基本--3.6--18650JournalofPowerSources165(2007)正磷酸鹽正極材料

LLiFePO4FePO4(Pnma脫鋰過程使體積減少僅6.81%，密度增加磷酸鐵鋰磷酸鐵（iO）（理源(LithingCo.）490:5:VoltageVoltage

20406080100120

1510Specificcapacity

技術(shù)：（1）混合離子摻雜工藝；（2）液態(tài)碳源包覆產(chǎn)品特點：優(yōu)良的綜合性能（倍率性能好、比容量高、低溫性能好等）產(chǎn)能：目前產(chǎn)能：目前10噸/市場化：多家電芯廠評估，反饋滿意；開始批量供正磷酸鹽正極材料cacaLiLi離子沿c方向傳導(dǎo)。（SPatouxetalJPowerSources119–1212003正磷酸鹽正極材料正磷酸鹽正極材料碳熱碳熱還原法合成Li3V2(PO4)3/CRuiRuietal,Electrochim.正磷酸鹽正極材料:Li3V2(PO4)3(3.0-在3.0-4.3V具有十改進(jìn)的正磷酸鹽正極材料:Li3V2(PO4)3(3.0- m

靜電噴霧沉積(ESD)的Li3V2(PO4)3/C薄0.002mol0.003molLiNO3?H2O0.003molin20mlH2O+32mlethanol+148ml1,2-propyleneglycol1.2gglucoseasC-Substrate:graphite(2mmDepn.Temp.=240C700C

通過ESD技術(shù)可 表面碳包覆的多孔LVP薄膜靜電噴霧沉 LVP/CLVP/C薄膜具有優(yōu)異的倍率性能和穩(wěn)定的循環(huán)UniversityofScienceandTechnologyofDepartmentofMaterialsScienceandLi3V2(PO4)3（LVP）與的高低溫LVPLVP具有比LVP更優(yōu)的低溫充放電性能（可能與開放結(jié)構(gòu)有關(guān)）兩種5V正極材料LiNi0.5Mn1.5O4的方氯氯化物共的工藝流氯化物共沉淀法的5V正極材料及性氯化物共沉淀工藝氯化物共沉淀工藝合成的粉體及其電輻照凝膠法的電極材料及性聚合凝膠技術(shù)與鋰離子電池電極材料最先是-射線輻照制LiCoO2（專利ZL200410041015.9），然后到熱聚合和其它材料體系LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiMn2O4、、Fe2O3、LiNi0.5Mn1.5O4（Electrochim.Acta,MRB,輻照凝膠聚合工藝合成的粉體及其電Zrsubstitution(x=0.01)andTisubstitution(x=0.01,0.025)improvethecyclingperformance.Zr-substitutedsamplesshownotableimprovementofhighrateperformance.

M.M.Renetal./JApplElectrochem40(2010)N.M.M.Renetal./JApplElectrochem40(2010)Li3V2(PO4)3負(fù)極材料(3.0-0.00.013首次容量損失首次容量損失38%;能量效率可逆循環(huán)容量≈200Li3V2(PO4)3負(fù)極材料(3.0-1.00.0130.013首次容量損失20%;可逆循環(huán)容量≈100mAh/g；容量衰減率=Li3V2(PO4)3負(fù)極V/V<長Li3V2(PO4)3負(fù)極S.Patoux,C.Masquelieretal./J.PowerSources121(2003)dissolutionintotheelectrolyte,asalreadymentionedforLiVP2O7[20].”“Thetheoreticalcapacitydissolutionintotheelectrolyte,asalreadymentionedforLiVP2O7[20].”Li3V2(PO4)3負(fù)極LiLi3V2(PO4)3顆粒被無定形碳包覆，避免了V的溶解，從而具有

Li4Ti5O12負(fù)極double-RelativeRelativeCapacity/

a:c:x=0.15d:x=0.3e:a Cu-摻雜的Li4Ti5O12 與摻雜量優(yōu)化。（Electrochem.After15C/Si負(fù)極材料(靜After15BeforeBeforeinDMFPAN/Si Si-Cfiber(23wt%C/Si納米復(fù)合纖維具有較高的容量（>1000mAh/g），但其能量效率依然不高（極化嚴(yán)重）。（J.PowerSources)CoO?Li2Othin-filmelectrodewithexcellentESD合成鎳支撐ESD合成鎳支撐的CoO:Li2O薄膜的具有優(yōu)異的電Angew.Chem.Int.Ed.44(2005)Capacitylossat1stcycle: Capacitylossat1stcycle:Cyclingrate:00SpecificcapacitySnO2-basedcompositethin-filmcaAdv.Mater.19(2007)ca四四種組成薄膜容量~循環(huán)-Fe2O3薄膜負(fù)極材料(靜電噴霧沉積優(yōu)化合成的多孔優(yōu)化合成的多孔-Fe2O3容量﹑好的倍率性能和高溫性但其能量效率仍然較低，不適合作儲能電池的負(fù)極（J.PowerSources)Fe3O4亞微米粉體負(fù)極材料(水熱(35ml)+PEG2000(1g)NaAc(3.6g)﹑較低。J.PowerSource)Li-Feoxidepowdersasanodepolymerization→polymerization→annealingat350,400,450,500oC→LiFeO2+Synthesis:LiOAc+Fe(NO3)3inacrylicacidsolution→Li-FeoxidepowdersasanodeOptimalannealingtemperature:Electrochim.Acta52(2007)CuO“dandelion”asanode870605040302010

A:overallcapacityatC/5ratewith30%AB:overallcapacityatC/5ratewith20%AC:overallcapacityat2Crat with30%A

ScriptaMater.57(2007)0- 1 4 5 5Cyclenumbe長3V全電長LiNi0.5Mn1.5O4/Li4Ti5O12儲能電池的演示（淺充放條件下（J.Power經(jīng)過合適的LiNi0.5Mn1.5O4/Li4Ti5O12 容量保持率為85%.如果按 iN0.5M1O/51其安全性。（.PoerSouce)阻燃電解液的阻燃（不燃）SET(self-extinguishingLOI(limitedoxygen01、低凝固點?502、高沸點：1803、低粘度1.75mPa4、高介電常數(shù)ab1MSET(self-extinguishingLOI(limitedoxygen01、低凝固點?502、高沸點：1803