鋰電池的正極材料

自從上世紀 60 年代爆發全球石油危機以來 ,人們開始積極地尋找新能源來緩解傳統化石能源枯竭帶來的巨大壓力 。鋰電池由于其顯著的優點 , 如能量密度高 、 電壓高 、 工作溫度范圍寬 、 壽命長等 ,受到越來越多科研工作者的關注與重視 。 在過去的十幾年中 ,鋰電池已經在一次和二次電池市場中占據了主導地位 ,被廣泛應用于便攜式電子設備 ,特別是移動電話 、 筆記本電腦以及數碼相機等 。 此外 ,鋰電池還是電動汽車最有吸引力的高能動力來源之一 。

鋰電池將在 21 世紀的能源領域扮演更加重要的角色 。在鋰電池的開發與研究中 ,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 ,因為鋰電池的特性從本質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當滿足以下要求

(1) 很高的理論能量密度 ;

( 2) 良好的電解液相容性 ;

( 3) 廉價 , 適用于大規模生產 ;

(4) 無毒 ,對環境友好 ;

( 5) 優良的物理性質 , 如不易燃燒 。

現在市場上普遍使用的鋰電池正極材料 ( 如LiCoO2) 的工作電壓平臺主要在 3 — 4V ,無法應用于為傳統的 115V 電池 ( 如 Zn P HgO 、 Zn P Ag2 O 、 Zn P MnO2)操作設計的設備上 。

因此 , 科研工作者不斷尋找和開發工作電壓為 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) 、 對環境友好( FeS 2 中的 Fe 元素和 S 元素均無毒性) 以及價格低廉 ( 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為 115V , 能夠方便地替代傳統電池 ,廣泛應用于便攜式電子設備中 。