锂电池的正极材料

自从上世纪 60 年代爆发全球石油危机以来 ,人们开始积极地寻找新能源来缓解传统化石能源枯竭带来的巨大压力 。锂电池由于其显著的优点 , 如能量密度高 、 电压高 、 工作温度范围宽 、 寿命长等 ,受到越来越多科研工作者的关注与重视 。 在过去的十几年中 ,锂电池已经在一次和二次电池市场中占据了主导地位 ,被广泛应用于便携式电子设备 ,特别是移动电话 、 笔记本电脑以及数码相机等 。 此外 ,锂电池还是电动汽车最有吸引力的高能动力来源之一 。

锂电池将在 21 世纪的能源领域扮演更加重要的角色 。在锂电池的开发与研究中 ,锂电池的电极材料 ,特别是正极材料 , 成为研究中最重要的组成部分之一 ,因为锂电池的特性从本质上来说是由电池采用的电极材料决定的。

高性能的锂电池正极材料应当满足以下要求

(1) 很高的理论能量密度 ;

( 2) 良好的电解液相容性 ;

( 3) 廉价 , 适用于大规模生产 ;

(4) 无毒 ,对环境友好 ;

( 5) 优良的物理性质 , 如不易燃烧 。

现在市场上普遍使用的锂电池正极材料 ( 如LiCoO2) 的工作电压平台主要在 3 — 4V ,无法应用于为传统的 115V 电池 ( 如 Zn P HgO 、 Zn P Ag2 O 、 Zn P MnO2)操作设计的设备上 。

因此 , 科研工作者不断寻找和开发工作电压为 115V 的正极材料 , 包括 CuO 、 FeS 、FeS 2 、 Pb3 O4 、 Bi2 O3 和 Bi2 Pb2 O5 。 其中 ,FeS 2 作为锂电池的正极材料 ,展现出许多显著的特性 ,如很高的理论一次放电比容量 ( 超过 890mAh P g) 、 对环境友好( FeS 2 中的 Fe 元素和 S 元素均无毒性) 以及价格低廉 ( 天然 FeS 2 矿石非常丰富) 。 此外 ,Li P FeS 2 电池的工作电压平台为 115V , 能够方便地替代传统电池 ,广泛应用于便携式电子设备中 。