鋰電池正負(fù)極材料技術(shù)發(fā)展,鋰離子電池正負(fù)極材料作用

來源：存能電氣  日期：2019-11-05 15:38  瀏覽量：次

　　鋰電池正負(fù)極材料技術(shù)發(fā)展，鋰離子電池正負(fù)極材料作用。鋰離子電池因具有高的比能量，長循環(huán)壽命，低自放電和綠色環(huán)保等一系列優(yōu)點(diǎn)，相對來講,鋰離子電池的正、負(fù)極材料對電池性能的影響比較大,是大家比較關(guān)心的方面。下面小編帶大家了解鋰電池正負(fù)極材料技術(shù)發(fā)展和鋰離子電池正負(fù)極材料作用。

　　1、鋰電池正極材料的技術(shù)發(fā)展

　　①錳酸鋰正極材料

　　錳酸鋰是研究較早的鋰電池正極材料，是最具發(fā)展前途的動(dòng)力鋰電正極材料之一，其應(yīng)用主要集中在消費(fèi)類電池市場，在動(dòng)力電池領(lǐng)域也有一定的應(yīng)用，前瞻預(yù)判未來錳酸鋰在正極材料的比重將會(huì)不斷提升。

　　②磷酸鐵鋰正極材料

　　我國磷酸鐵鋰的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展與國際基本同步，目前國內(nèi)部分產(chǎn)品的成本比國外同類產(chǎn)品要低，在性能、單位產(chǎn)能方面的差距并非遙不可及，未來隨著磷酸鐵鋰生產(chǎn)技術(shù)的不斷完善，其市場前景依然為產(chǎn)業(yè)界所看好。

　　③鈷酸鋰正極材料

　　鈷酸鋰自從鋰電池商業(yè)化以來,一直作為正極材料地主流被應(yīng)用。由于表面修飾改性這種技術(shù)方案只能達(dá)到不完全地表面性質(zhì)改變,因此其在解決鈷酸鋰高電壓下地晶體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性問題上地可行性值得懷疑，因此，通過提高充電電壓來進(jìn)一步提高材料地可逆比容量方面，鎳鈷錳酸鋰比鈷酸鋰更有優(yōu)勢。

　　2、鋰電池負(fù)極材料的技術(shù)發(fā)展

　　①石墨負(fù)極材料

　　石墨由于具備電子電導(dǎo)率高，鋰離子擴(kuò)散系數(shù)大，層狀結(jié)構(gòu)在嵌鋰前后體積變化小，嵌鋰容量高和嵌鋰電位低等優(yōu)點(diǎn)，成為目前主流的商業(yè)化鋰離子負(fù)極材料。

　　但由于石墨本身結(jié)構(gòu)特性的制約，石墨負(fù)極材料的發(fā)展也遇到了瓶頸，容量若已經(jīng)達(dá)到極限，則不能滿足大型動(dòng)力電池所要求的持續(xù)大電流放電能力。因此業(yè)界開始把目光投向費(fèi)石墨類材料。

　　②硅基負(fù)極材料

　　硅是半導(dǎo)體材料，自身的電導(dǎo)率較低。在電化學(xué)循環(huán)過程中，鋰離子的嵌入和脫出會(huì)使材料體積發(fā)生300%以上的膨脹與收縮，產(chǎn)生的機(jī)械作用力會(huì)使材料逐漸粉化，造成結(jié)構(gòu)坍塌，最終導(dǎo)致電極活性物質(zhì)與集流體脫離，喪失電接觸，導(dǎo)致電池循環(huán)性能大大降低。

　　與傳統(tǒng)石墨負(fù)極相比，硅具有超高的理論比容量和較低的脫鋰電位，且硅的電壓平臺(tái)略高于石墨，在充電時(shí)難引起表面析鋰，安全性能更好。硅成為鋰離子電池碳基負(fù)極升級換代的富有潛力的選擇之一。

　　③鈦酸鋰負(fù)極材料

　　與碳負(fù)極材料相比，鈦酸鋰的電位高，鈦酸鋰電池超長的循環(huán)壽命，不同凡響的安全性，優(yōu)異的功率特性以及良好的經(jīng)濟(jì)性，這些特性卻將會(huì)是成就目前正在崛起的大規(guī)模鋰電儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的重要基石。

　　國內(nèi)外對鈦酸鋰電池技術(shù)的研究可謂是風(fēng)起云涌。其產(chǎn)業(yè)鏈可分為鈦酸鋰材料制備、鈦酸鋰電池生產(chǎn)與鈦酸鋰電池系統(tǒng)的集成系統(tǒng)的集成及其在電動(dòng)車及儲(chǔ)能市場的應(yīng)用。

　　鋰離子電池正負(fù)極材料作用

　　1、鋰離子電池負(fù)極材料的作用

　　鋰離子電池的負(fù)極活性材料主要為碳材料，其成功之處即在于以碳負(fù)極替代了鋰負(fù)極，從而充放電過程中鋰在負(fù)極表面的沉積和溶解變?yōu)殇囋谔碱w粒中的嵌入和脫出，減少了鋰枝晶形成的可能，大大地提高了電池的安全性，但這并不表示使用碳負(fù)極不存在安全性問題。

　　負(fù)極活性材料的物化結(jié)構(gòu)性質(zhì)對鋰離子的嵌入和脫出有決定性的影響，使用容易脫嵌的活性材料，充放循環(huán)時(shí)，活性材料的結(jié)構(gòu)變化小，而且這種微小變化是可逆的，因此有利于延長充放循環(huán)壽命。

　　2、鋰離子電池正極材料作用

　　不同的正極材料種類，決定了電池充放電功率的大體范圍。比如，正極材料的晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，顆粒尺寸，摻雜原子，碳包覆工藝，材料的制備方法等。以上因素最終都是通過影響正極材料容納鋰離子的能力和脫嵌嵌入通道的通暢性來影響鋰電池的功率密度。

　　每種正極材料都有其理論能量密度，選擇了一種正極材料，就選擇了電芯能量密度的上限。正極材料的用量設(shè)計(jì)和加工制作過程中的振實(shí)密度也對電芯成品的能量密度產(chǎn)生影響。

　　影響電芯循環(huán)壽命的因素很多，與正極材料相關(guān)的，主要有正極材料活性物質(zhì)在循環(huán)使用中的損耗，以及充放電過程中，材料結(jié)構(gòu)的崩壞引發(fā)的正極容納鋰離子能力的衰減。而正極材料中的雜質(zhì)成分，比如單質(zhì)鐵和三價(jià)鐵，都會(huì)與電解液相互作用，產(chǎn)生不良副反應(yīng)，或者造成內(nèi)部微短路。

　　鋰離子電池的發(fā)展得益于正負(fù)極材料的發(fā)展，隨著鋰離子電池的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大和人們對鋰離子電池性能需求越來越嚴(yán)格，對制備鋰離子電池的正負(fù)極材料的要求會(huì)越來越高，這需要人們一方面對現(xiàn)有正負(fù)極材料進(jìn)行性能改進(jìn)，另一方面尋求安全性能和循環(huán)性能更加優(yōu)異的替代物。