锂离子电池正极材料的研究进展

锂离子电池正极材料的研究进展

庞成凯高海玲尹敏帅（通讯作者）

天津市捷威动力工业有限公司  天津市  300380

摘要：从当前各项能源的具体使用和研究情况来看，锂离子电池是当前使用效果最理想而且符合绿色环保相关要求的电源，目前在实际使用的过程中受到各方的关注和应用。本文主要分析锂离子电池正极材料的相关研究内容，从锂离子电池的相关工作原理以及二次电池的具体应用和发展情况来进行分析。

关键词：锂离子电池；正极材料；研究进展

1 锂离子电池正极材料的发展史与特点

对于锂离子的研究发展而言，要想探究锂离子电池的整体发展历史，首先就应该要从锂离子电池最开始的研发入手。从相关的实际调查数据来看，金属锂电池的理论比容量要多，而且从实际的负极电池电位研究情况来看，如果只是采用负极电位的模式用作水溶解，对电池进行电容解管理的话，整体的困难是比较大的。但是在实际应用的过程中还涉及到电解质的导电率问题，由于电解质本身的导电率是比较低的，而且在实际使用的过程中整体的功率密度相对有限，所以说在实际使用以锂为负极的锂二次电池的时候，整体的电压和电力能量都比较高。早在上世纪60年代初，很多国家就展开了对锂二次电池的系统研究，但是从具体的实际应用情况来看，发展速度是比较缓慢的，主要原因是电池在实际应用和实际充放电的过程中，电池内部所产生的一些物质会导致电池出现短路的情况。也正是其电池在实际应用的过程中会出现短路的情况，所以很长一段时间锂离子电池的安全性受到了很大的质疑，到后续80年代的时候，又有一些专家专门针对锂离子电池的性质进行了研究。

锂离子二次电池在使用的过程中，整体的使用效果相对于一次电池而言更加的理想，能够实现脱嵌锂离子碳材料的实际应用。在实际使用的过程中，从具体的应用情况来看，能够既保持原有电池的能量，也可以有效的克服传统电池中存在的循环寿命短和热稳定性较差的问题。在1991年的时候，日本的索尼技术能源公司就联合电池部开发了一种全新的负极为材料的锂离子电池，这种锂离子电池在实际应用的过程中有着非常明显的应用优势，首先电池本身的放电电压平台是比较高的，从实际的电压来看是普通电池的三倍，而且这种电池的特点非常的明显，整体呈现小型化的趋势，不仅达到了轻量化的发展目标，而且还节省了实际应用过程中的空间占用，能够有效的提高电池的使用效果，使电池的可靠性得到进一步的提升。这种电池的能量是比较高的，一般来说使用寿命能够达到500～1000次以上。

2 锂离子电池正极材料的研究

对于当前的社会发展而言，各种技术水平的提升是尤为重要的，从当前各项电池的具体使用情况来看，对于高性能的锂离子电池而言，关键性的技术之一就是正极材料的开发和应用。锂离子电池和正极材料的发展是有一定差异的，锂离子电池的负极材料发展的时间是比较早的，而且整体的发展速度比较快，但是正极材料的发展就显得相对缓慢，主要原因是在理论上能够脱离芡离子的物质是比较多的，但是如果在对其进行实际操作的过程中，要想将离锂离子转化为实际的应用材料还是比较困难的。

从具体的制作情况来看，如果在制作的过程中出现一些微小的变化，都会直接导致材料结构，甚至材料的性质发生很大的差异。在对锂离子电池的正极材料进行处理的时候，需要对其内部的化合物进行适当的调整，首先要了解化合物的基本性质，保证化合物能够满足一些基本的特殊要求，比如必须是锂离子嵌入的主体，还应该考虑到各种化合物的具体使用情况分析，后续在使用的过程中电极电压是否会跟随锂离子的含量而发生一定的变化，也就是说电池电压是否能够跟随电池在后续充电状况而进行改变。要考虑到锂离子后续的嵌入和脱出情况，只有让其有更高的速度，还有后续的使用稳定性，才能够保证在后续实际使用锂离子电池的时候可以有快速充电的能力。锂离子的电池正极材料在实际使用的过程中能够保证电解液的平衡性和稳定性，而且可以使整体具有较高的电子导电率。从具体的使用情况来看，锂离子的成本比较低，制备相对容易，对于环境也是比较友善的。

2 锂离子电池正极材料的起源过程

从相关的历史记录和实际的历史发展情况来看，离离子电池的发展是有一个相对长的过程的，早在之前的时候，相关人员就针对锂离子电池的相关问题进行了研究，研究者发现各种燃烧产物中所产生的化学物质会对人体造成危害，还有一些气体对于环境和气候有着非常严重的影响，例如在现在依旧有所研究的光化学烟雾的大氧化物，还有引起温室效应的二氧化碳。或许在对相关能源问题进行研发的过程中，人们越来越关注新能源相关材料的应用，从具体的实际情况来看，新能源属于持续性使用的人员使用之后不仅能够有效的推动现有技术的发展和应用，还能够改善存在的一些能源枯竭的情况。在所研究的各种金属元素中，锂是原子量最小的一种元素，所以锂电池也就是所研究的各种物质锂在电池中应用理论能量最高和密度最高的一项，成为了当前可替代的能源之一。

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锂离子电池正极材料的工作原理

关于锂离子电池的工作原理，可以从其电池充放电的整个过程来分析，锂离子在正负极之间能够实现来回的嵌入和脱出，即锂二次电池在实际运行过程中的工作原理和运行的工作状态。从锂离子正极和负极的不同角度出发，分析负极与正极在补偿电荷以及外电路供给过程中的相关问题，保持整体电极电荷的平衡性[1]。在保证其正常放电的情况下，需要综合考虑离离子的层状结构问题，了解整体的层间嵌入情况和脱出情况，同时要考虑到整体表面是否出现破坏晶体结构的现象。

4 锂离子电池正极材料的具体应用

从当前整体的发展情况来看，锂离子电池在国内各个领域都得到了非常广泛的应用，比如在电动汽车还有军事以及航天领域整体的应用效果比较理想。而且当前国家对于锂离子电池的应用研发是比较重视的，很多地区都已经加大了整体的经济投入力度，现有的研发水平越来越高，各项研发活动也得到了全面的启动。随着近些年工业发展水平的不断提升，我国现有的汽车产量有了明显的增加。人均汽车数量增加的同时，给环境也造成了一定的污染和破坏，对于当前的社会发展而言，做好环境的关注和各项材料的合理应用是非常重要的。目前很多地区已经开始重视各种新型材料的研发，希望能够对新能源进行研发和应用，以此来解决当前环境污染和各项资源浪费的情况。从具体的研发情况来看，温和电动汽车的开发研究模式，符合当前社会和发展的实际需要。但是整体在研发的过程中存在一些困难，锂离子电池在当前汽车发展行业也有非常广泛的应用锂离子介质的应用之后，能够有效的提高整体的发展水平而且能够减轻当前汽车行业运行发展过程中对环境的危害。

关于锂离子电池在军事方面的应用，主要体现在空间能源导航定位仪和通讯设备方面。目前，美国方面已经针对锂离子电池的相关内容进行了切实的研究，已经将其加入到了空间飞行器研究，还有线性漫游器的研究中。所以从这些方面上来看，锂离子电池在军事方面的应用价值也是非常高的，能够为军事的研发带来很大的动力。

结束语

综上所述，研究人员在研究锂离子电池的时候，要了解其具体的工作性质和具体的使用原理，还要分析整体电极材料的应用发展历程，分析电极材料应用过程中的各项物质。在应用研究的过程中，要综合考虑其具体的使用情况，并且要不断对各项问题进行及时的测验，只有保证各个环节研究的科学性，才能够充分发挥锂离子电池正极材料的实际作用，推动正极材料发展的速度。

第一作者简介：庞成凯（1989.01-），男，山东德州人，汉族，硕士学历，工程师，研究方向(主要从事的工作）:锂离子电池。

第二作者简介：高海玲（1987.03-），女，河南延津人，汉族，硕士学历，工程师，研究方向(主要从事的工作）:锂离子电池。

通讯作者简介：尹敏帅（1994.01-），男，河北保定人，汉族，硕士学历，工程师，研究方向(主要从事的工作）:锂离子电池。