【摘 要】钴酸锂是最早实现商业化的锂电池正极材料,然而由于价格昂贵及环境污染无法成为电动汽车的动力电池。镍酸锂具有层状晶体结构,适合Li+的嵌入与脱出,在Li+脱出晶格时,镍酸锂的晶体结构会发生转变。因此为了保证良好的可逆性,Li+的脱出量应控制在00.75),六方晶体结构的镍酸锂会发生不可逆的晶格畸变,同时伴有晶格常数c的急剧下降,使Li+的运动受阻。同时NiO2层间距的减小使镍酸锂的循环性能下降。当充电电压高于4.2 V时,NiO2的层间距下降0.3?,循环性能下降50%。因此,镍酸锂电极在实际循环过程中,Li+的脱出量应控制在x<0.75范围内,充电电压上限控制在4.2 V,从而保证良好的可逆性,实际的循环比容量为200mAh/g。

目前,高温固相反应法是合成镍酸锂的常用方法。当合成温度较低时,镍酸锂的晶化程度较低,不能形成理想的层状结构。然而,在高温下,Ni3+很容易被还原成Ni2+,并且由于与Li+具有相似的离子半径,Ni2+极其容易占据Li+的3a位置而形成具有电荷空位的质子无序镍酸锂。当反应温度达到700℃以上时,镍酸锂的(003)衍射峰强度明显下降,而(104)衍射峰的强度上升。衍射峰强度比是表征镍酸锂中质子无序的重要指标。衍射峰强度比的减小说明,在温度高于700℃时,晶格中的锂与镍发生了换位,即产生了质子无序。

此外,质子无序还会造成镍酸锂晶体结构的变化。当质子无序程度达到25%时,镍酸锂由六方晶体结构转变为类似于锰酸锂的尖晶石结构;而当无序程度达到50%时,则会转变成立方结构(Fm3m),Li+的二维运动通道完全消失,循环性能下降。

镍酸锂具有价格便宜、环境友好以及理论比容量高的优点。铁酸钠的层状结构使其具有类似钴酸锂的优异循环性能,因此是十分具有潜力的锂电池正极材料。在Li+脱出晶格时,镍酸锂的晶体结构会发生转变。因此为了保证良好的可逆性,Li+的脱出量应控制在0<x<0.75,充电电压上限为4.2V,实际循环比容量为200mAh/g。