鋰電池的正極材料

自從上世紀(jì) 60 年代爆發(fā)全球石油危機(jī)以來 ,人們開始積極地尋找新能源來緩解傳統(tǒng)化石能源枯竭帶來的巨大壓力 。鋰電池由于其顯著的優(yōu)點(diǎn) , 如能量密度高 、 電壓高 、 工作溫度范圍寬 、 壽命長(zhǎng)等 ,受到越來越多科研工作者的關(guān)注與重視 。 在過去的十幾年中 ,鋰電池已經(jīng)在一次和二次電池市場(chǎng)中占據(jù)了主導(dǎo)地位 ,被廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備 ,特別是移動(dòng)電話 、 筆記本電腦以及數(shù)碼相機(jī)等 。 此外 ,鋰電池還是電動(dòng)汽車最有吸引力的高能動(dòng)力來源之一 。

鋰電池將在 21 世紀(jì)的能源領(lǐng)域扮演更加重要的角色 。在鋰電池的開發(fā)與研究中 ,鋰電池的電極材料 ,特別是正極材料 , 成為研究中最重要的組成部分之一 ,因?yàn)殇囯姵氐奶匦詮谋举|(zhì)上來說是由電池采用的電極材料決定的。

高性能的鋰電池正極材料應(yīng)當(dāng)滿足以下要求

(1) 很高的理論能量密度 ;

( 2) 良好的電解液相容性 ;

( 3) 廉價(jià) , 適用于大規(guī)模生產(chǎn) ;

(4) 無毒 ,對(duì)環(huán)境友好 ;

( 5) 優(yōu)良的物理性質(zhì) , 如不易燃燒 。

現(xiàn)在市場(chǎng)上普遍使用的鋰電池正極材料 ( 如LiCoO2) 的工作電壓平臺(tái)主要在 3 — 4V ,無法應(yīng)用于為傳統(tǒng)的 115V 電池 ( 如 Zn P HgO 、 Zn P Ag2 O 、 Zn P MnO2)操作設(shè)計(jì)的設(shè)備上 。

因此 , 科研工作者不斷尋找和開發(fā)工作電壓為 115V 的正極材料 , 包括 CuO 、 FeS 、FeS 2 、 Pb3 O4 、 Bi2 O3 和 Bi2 Pb2 O5 。 其中 ,FeS 2 作為鋰電池的正極材料 ,展現(xiàn)出許多顯著的特性 ,如很高的理論一次放電比容量 ( 超過 890mAh P g) 、 對(duì)環(huán)境友好( FeS 2 中的 Fe 元素和 S 元素均無毒性) 以及價(jià)格低廉 ( 天然 FeS 2 礦石非常豐富) 。 此外 ,Li P FeS 2 電池的工作電壓平臺(tái)為 115V , 能夠方便地替代傳統(tǒng)電池 ,廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備中 。