鋰離子電池的優(yōu)缺點(diǎn)有哪些？提高鋰離子電池能量密度的方法有哪些？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-07-14 14:12
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鋰離子電池：是一種二次電池(可充電電池)，主要是依靠鋰離子在電池正極和負(fù)極之間的移動(dòng)進(jìn)行工作。即在充放電過程中，Li+在兩個(gè)電極之間往返進(jìn)行嵌入和脫嵌過程。其中，充電時(shí)，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)；而放電時(shí)則剛好相反。
鋰離子電池存在以下優(yōu)點(diǎn)：
1)、電壓高，單體電池的工作電壓高達(dá)3.7-3.8 V；
2)、比能量大；
3)、循環(huán)壽命長(zhǎng)；
4)、安全性能好，無公害，無記憶效應(yīng)；5)、自放電小；6)、快速充電；7)、工作溫度，工作溫度一般在25~45oC之間。
然而，宏觀上鋰離子電池主要有以下缺點(diǎn)：
1)、衰老，有使用壽命；
2)、回收率低；
3)、不耐受過充；因?yàn)檫^充電時(shí)，過量嵌入的鋰離子會(huì)永久固定于晶格中，無法再釋放，可導(dǎo)致電池壽命減短。
4)、不耐受過放；因?yàn)檫^放電時(shí)，電極將脫嵌過多的鋰離子，可導(dǎo)致晶格坍塌，從而縮短壽命。
鋰離子電池存在以下優(yōu)點(diǎn)：
1)、電壓高，單體電池的工作電壓高達(dá)3.7-3.8 V；
2)、比能量大；
3)、循環(huán)壽命長(zhǎng)；
4)、安全性能好，無公害，無記憶效應(yīng)；5)、自放電小；6)、快速充電；7)、工作溫度，工作溫度一般在25~45oC之間。
然而，宏觀上鋰離子電池主要有以下缺點(diǎn)：
1)、衰老，有使用壽命；
2)、回收率低；
3)、不耐受過充；因?yàn)檫^充電時(shí)，過量嵌入的鋰離子會(huì)永久固定于晶格中，無法再釋放，可導(dǎo)致電池壽命減短。
4)、不耐受過放；因?yàn)檫^放電時(shí)，電極將脫嵌過多的鋰離子，可導(dǎo)致晶格坍塌，從而縮短壽命。
1、從負(fù)極材料上提高能量密度和功率密度的方法
（1）多層自組裝結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)集成不同尺寸的材料的優(yōu)點(diǎn)
在層狀過渡金屬氧化物中，Li和M (M =金屬)陽(yáng)離子占據(jù)O-陣列的八面體空隙。Li層位于兩個(gè)相鄰的MO6八面體層之間，Li離子具有二維(2D)擴(kuò)散路徑
（2）核心/蛋黃-殼層結(jié)構(gòu)提供的協(xié)同效應(yīng)
除了LiFePO4和LiMnPO4之外，LiFexMn1-xPO4也是一種很有前途的負(fù)極材料。例如Scrosati及其同事通過兩步沉淀路線制備碳涂層的核-殼結(jié)構(gòu)的LiMn0.85Fe0.15PO4-LiFePO4，很好的結(jié)合了LiMnPO4的高電位和LiFePO4的高穩(wěn)定性。
（3）大孔、中孔和微孔的多孔結(jié)構(gòu)適應(yīng)體積膨脹并促進(jìn)電解質(zhì)滲透
獨(dú)特的分層結(jié)構(gòu)中有電解質(zhì)膨脹的宏/中孔的網(wǎng)絡(luò)和緩沖的保護(hù)性碳?xì)ぃ欣谶B續(xù)電子傳導(dǎo)和快速離子傳輸。
2、從正極材料上提高提高能量密度和功率密度的方法
（1）納米工程技術(shù)來增強(qiáng)轉(zhuǎn)換型正極材料(CTAM)
“轉(zhuǎn)化反應(yīng)”通常是指Li+與過渡金屬化合物(MaXb，M = Mn，F(xiàn)e，Co，Ni，Cu，X = O，S，Se，F(xiàn)，N，P等)之間的氧化還原反應(yīng)。其涉及具有高理論比容量的鋰二元化合物（LinX）的形成和分解（方程式1）。通常，由M-X鍵的離子性確定的反應(yīng)電位在相對(duì)于Li/Li+的0.5-1.0V的范圍內(nèi)，使得大多數(shù)過渡金屬化合物都可以作為潛在的正極。
3、利用核心雙殼電極促進(jìn)柔性鋰離子電池的高重量能量密度
雖然已報(bào)道的柔性材料具有優(yōu)異的特性，但是它們主要的問題是機(jī)械穩(wěn)定性程度。盡管碳纖維布(CC)的優(yōu)異機(jī)械穩(wěn)定性可以解決該問題，但CC仍然受到低表面積、更大重量和低存儲(chǔ)容量的限制。正如Tong課題組所報(bào)道的在柔性CC核-殼陽(yáng)極(CC@EC)上生長(zhǎng)NiCo2O4納米線(NCO NWs)來設(shè)計(jì)單片核-雙殼(CDS@NCO CDS)。CC@EC@ NCO CDS電極顯示出優(yōu)于原始CC涂層NCO (CC@NCO)的鋰儲(chǔ)存性能。
