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锂离子电池正负极材料的不同在哪?

来源:锂离子电池 | 作者:友创伟业 | 发布时间: 2021-01-22 | 117 次浏览 | 分享到:
锂离子电池正极材料
 
正极材料是决定锂离子电池性能的关键材料之一,也是目前商业化锂离子电池中重要的锂离子来源,其性能和价袼对锂离子电池的影响较大。目前研制成功并得到应用的正极材料重要有钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、三元材料镍钴锰酸锂(NCM)和镍钴铝酸锂(NCA)等。
 
1、钴酸锂
 
钴酸锂由于具有生产工艺简单和电化学性能稳定等优势,所以最先实现商品化。同时由于钴酸锂具有工作电压高、充放电电压平稳,适合大电流充放电,比能量高、循环性能好等优点,在要小型充电电池的领域中具有重要应用。钴酸锂正极材料的缺点是价格昂贵,实际比容量仅为其理论容量的274mAh/g的50%左右;钴酸锂的循环寿命已达到1000次,但仍有待于进一步提高;此外钴酸锂的抗过充电性能较差,在较高充电电压下比容量迅速降低。
 
2、三元材料
 
近几年来层状嵌锂多元过渡金属复合型正极材料发展迅速,尤其是含有钴镍锰三种元素的新型过渡金属嵌锂氧化物复合材料。
 
3、锰酸锂
 
与钴酸锂和镍酸锂相比,锰酸锂具有安全性好、耐过充性好、原料锰的资源丰富、价格低廉及无毒性等优点,是很有发展前途的一种正极材料。层状锰酸锂用作锂离子电池正极材料的缺点是虽然容量很高,但在高温下不稳定,而且在充放电过程中易向尖晶石结构转变,导致容量衰减过快。
 
4、磷酸铁锂
 
随着动力锂电池的发展,国内厂家大多倾向于采用磷酸铁锂材料。它是一类新型的锂离子电池用正极材料。该类材料具有高的能量密度、低廉的价格、优异的安全性等特点,特别适用于动力锂电池。它的出现是锂离子电池材料的一项重大突破,现已成为各国竞相研究的热点。目前磷酸铁锂被认为是最有发展前途的动力锂电池正极材料。由于磷酸铁锂生产技术门槛很高,大多数生产厂商在批量生产时产品的稳定性难以保证。它的缺点是电阻率较大,电极材料利用率低。因此研究工作重要集中在解决其导电率问题上。此外磷酸铁锂的专利问题也是其产业过程中的一个要解决的问题。
 
锂离子电池负极材料
 
锂离子电池重要负极材料有锡基材料、锂基材料、钛酸锂、碳纳米材料、石墨烯材料等。锂离子电池负极材料的能量密度是影响锂离子电池能量密度的重要因素之一。
 
1、碳纳米管
 
碳纳米管是一种石墨化结构的碳材料,自身具有优良的导电性能,同时由于其脱嵌锂时深度小、行程短,作为负极材料在大倍率充放电时极化用途较小,可提高电池的大倍率充放电性能。
 
然而,碳纳米管直接作为锂离子电池负极材料时,会存在不可逆容量高、电压滞后及放电平台不明显等问题。如Ng等采用简单的过滤制备了单壁碳纳米管,将其直接作为负极材料,其首次放电容量为1700mAh/g,可逆容量仅为400mAh/g。
 
2、石墨烯
 
2004年英国Manchester大学研究者首次发现石墨烯材料,并获得诺贝尔奖。石墨烯是一种由碳六元环形成的新型碳材料,具有很多优异的性能,如大比表面、高导热系数、高电子导电性和良好的机械性能,被作为锂离子电池材料而备受关注。
 
3、钛酸锂
 
尖晶石型钛酸锂被作为一种备受关注的负极材料,因具有如下优点:
 
1) 钛酸锂在脱嵌锂前后几乎零应变;
 
2) 嵌锂电位较高(1.55V),防止锂枝晶出现,安全性较高;
 
3) 具有很平坦的电压平台;
 
4) 化学扩散系数和库伦效率高。
 
4、硅基材料
 
硅作为锂离子电池理想的负极材料,具有如下优点:
 
硅可与锂形成Li4.4Si合金,理论储锂比容量高达4200mAh/g(超过石墨比容量的10倍);
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