有关锂离子电池正极材料的再探究
有关锂离子电池正极材料的再探究高一一班 王威
锂离子电池由于具有工作电压高、比能量大、重量轻、自放电小、无记忆效应、循环寿命长等优点，成为了现今电池行业中主要产品。而正极材料由于它在锂离子电池中的重要地位而成为了目前科研的热点。
目前锂离子电池的正极材料主要有锂钴氧化物、锂锰氧化物、锂镍氧化物等锂的过渡金属氧化物以及磷酸铁锂等。应用最多的是锂钴氧化物，而最具发展前景的材料是磷酸铁锂。我将在本篇文章中从电导率以及改性等方面对这两种主要材料进行对比。
有关磷酸铁锂正极材料的工作原理有三种模型：辐射模型、马赛克模型、新型核壳模型以及多米诺骨牌层叠模型。尽管各种模型都不尽相同，但是这几种模型无不指向一个观点：磷酸铁锂的电导率会随着使用次数的增加而下降极快，锂离子扩散速率在近乎密堆的六方形氧原子中很难加快。这是磷酸铁锂这一正极材料中的“新贵”的最大缺陷。因此，科学家们对如何进行磷酸亚铁材料的改性也进行了研究，目前主要的改性方法是控制磷酸铁锂的颗粒大小以缩短锂离子扩散路径；对其进行表面包覆提高导电性和离子传导率；晶格掺杂以从本质上提高电导率。表面包覆主要是包覆碳来提高比容量及循环性能，除碳外，银铜等贵金属材料和部分有机材料也被用于表面包覆。掺杂是一种比表面包覆更有效的办法，通过掺杂一些高价态离子能够改变磷酸铁锂材料的内部结构，这种方法能有效的从根本上解决电导率的问题，但是人们也就掺杂的离子能否顺利进入晶格普遍争论。我认为，在向磷酸铁锂材料中添加阳离子或阴离子时，添加的离子会进入材料的内部结构中使材料的晶格被迫变形而接受外来添加离子，但是掺杂离子所处的具体位置并不清晰，不同位置是否会对材料电化学性能如果加以验证，那么磷酸铁锂材料的优越性就会有一个极大的提升。
相比之下，锂钴氧化物作为正极材料制作方法较为简便性能稳定，比容量高，循环性好，但是成本较高，因此现在正在研究用锂镍钴氧化物来代替锂钴氧化物，并且有了一些应用。
综上，我认为如今锂离子电池正极材料发展空间巨大，仅现有正极材料就可通过掺杂等多种方式来改变其性能，使之更适用于人们的生活。随着磷酸铁锂正极材料技术的逐渐成熟，其他大部分现用材料会逐渐退出历史舞台。到那时，一定会有更新更好的材料被发现被使用，我们的生活也会因此越来越便捷。
参考文献【1】吴国良，杨新河，阚素荣，金维华.锂离子电池机器电极材料的研制【J】.电池，1998，28（6）：259~261.
【2】顾远，张向军，卢世刚，赵挺，江丹平.LiFePO4 正极材料及其改性研究进展【J】.电源技术，2013，37（1）：147~151