鋰離子電池提升方式
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-05-05 15:39
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鋰離子電池是目前便攜移動(dòng)設(shè)備的主要?jiǎng)恿﹄娫?，在ITC（通訊信息電子）產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展背景下，其需求量也呈穩(wěn)步增長態(tài)勢。這兩年來，各國政府發(fā)展新能源和低碳經(jīng)濟(jì)的政策更是使得鋰離子電池的市場容量出現(xiàn)激增。然而，伴隨更大功率鋰電池需求增長的問題是：如何使鋰電池在現(xiàn)有體積下釋放出更多的能量，或者說，釋放同樣的能量而可以做到體積更小。這涉及到鋰離子電池下一步能有多大的發(fā)展空間。也可以把這個(gè)問題轉(zhuǎn)化為如何提高鋰電池的能量密度。
鋰離子電池的能量密度在數(shù)值上等于鋰電池放電電壓和容量的乘積，但這只是個(gè)約數(shù)，實(shí)用中的鋰離子電池能量密度取決于正極材料的能量密度和負(fù)極材料的能量密度以及它們之間的匹配程度。
現(xiàn)有的鋰離子電池負(fù)極材料多以石墨為主，石墨的單位容量為400mAh/g，相對(duì)于石墨，鋰電池正極材料的單位容量則少得多，如鈷酸鋰正極材料為140mAh/g；磷酸鐵鋰正極材料高些，為160mAh/g。根據(jù)木桶理論，水位的高低決定于木桶最短處，那么，鋰電池的能量密度也更多地決定于負(fù)極材料。這就是鋰離子電池是以正極材料而不是負(fù)極材料分類的原因。那么，又如何提高正極材料的能量密度呢？
由前述鋰離子電池能量密度的導(dǎo)出可知，要么提高容量（制作大容量鋰電池仍是目前鋰離子電池研發(fā)的主要方向），要么提高放電電壓，或者二者同時(shí)提高。又因?yàn)檎龢O材料的容量更低，因此，在正極材料上著手提高放電電壓成為提高容量之外的又一個(gè)途徑。
對(duì)于插電式混合動(dòng)力車和純電動(dòng)汽車而言，后者要求鋰離子動(dòng)力電池能夠儲(chǔ)存和釋放更高的能量，具有更長的循環(huán)壽命。從目前最好的鋰動(dòng)力電池來看，豐田普瑞斯的混合動(dòng)力車使用鋰電池作為輔助動(dòng)力，每加侖汽油可以行駛約50英里，而IBM發(fā)起的“電池500”項(xiàng)目則要求電池一次充電后的續(xù)航能力要達(dá)到500英里，折算成所需電量為125KWh。純電動(dòng)汽車對(duì)一次充電續(xù)航能力的要求必然呼喚新一代電池正極材料的出現(xiàn)。
目前，通過改善電壓的方式所能選擇的鋰電池正極材料有兩類。一類是類尖晶石晶體結(jié)構(gòu)LiNi0.5Mn1.5O4；另一類是類橄欖石晶體結(jié)構(gòu)LiCoPO4。這兩類材料都具有開發(fā)出5V高電壓正極材料的潛力。目前的鈷酸鋰材料相對(duì)鋰離子電極的放電電壓約為4V，若電壓提高到5V，則可以使電池能量密度提高25%；而磷酸鐵鋰電池正極材料相對(duì)于鋰離子電極的放電電壓更低，約為3.6V，如果電壓提高到5V，則能量密度的提升將更為可觀。
鋰離子電池的能量密度在數(shù)值上等于鋰電池放電電壓和容量的乘積，但這只是個(gè)約數(shù)，實(shí)用中的鋰離子電池能量密度取決于正極材料的能量密度和負(fù)極材料的能量密度以及它們之間的匹配程度。
現(xiàn)有的鋰離子電池負(fù)極材料多以石墨為主，石墨的單位容量為400mAh/g，相對(duì)于石墨，鋰電池正極材料的單位容量則少得多，如鈷酸鋰正極材料為140mAh/g；磷酸鐵鋰正極材料高些，為160mAh/g。根據(jù)木桶理論，水位的高低決定于木桶最短處，那么，鋰電池的能量密度也更多地決定于負(fù)極材料。這就是鋰離子電池是以正極材料而不是負(fù)極材料分類的原因。那么，又如何提高正極材料的能量密度呢？
由前述鋰離子電池能量密度的導(dǎo)出可知，要么提高容量（制作大容量鋰電池仍是目前鋰離子電池研發(fā)的主要方向），要么提高放電電壓，或者二者同時(shí)提高。又因?yàn)檎龢O材料的容量更低，因此，在正極材料上著手提高放電電壓成為提高容量之外的又一個(gè)途徑。
對(duì)于插電式混合動(dòng)力車和純電動(dòng)汽車而言，后者要求鋰離子動(dòng)力電池能夠儲(chǔ)存和釋放更高的能量，具有更長的循環(huán)壽命。從目前最好的鋰動(dòng)力電池來看，豐田普瑞斯的混合動(dòng)力車使用鋰電池作為輔助動(dòng)力，每加侖汽油可以行駛約50英里，而IBM發(fā)起的“電池500”項(xiàng)目則要求電池一次充電后的續(xù)航能力要達(dá)到500英里，折算成所需電量為125KWh。純電動(dòng)汽車對(duì)一次充電續(xù)航能力的要求必然呼喚新一代電池正極材料的出現(xiàn)。
目前，通過改善電壓的方式所能選擇的鋰電池正極材料有兩類。一類是類尖晶石晶體結(jié)構(gòu)LiNi0.5Mn1.5O4；另一類是類橄欖石晶體結(jié)構(gòu)LiCoPO4。這兩類材料都具有開發(fā)出5V高電壓正極材料的潛力。目前的鈷酸鋰材料相對(duì)鋰離子電極的放電電壓約為4V，若電壓提高到5V，則可以使電池能量密度提高25%；而磷酸鐵鋰電池正極材料相對(duì)于鋰離子電極的放電電壓更低，約為3.6V，如果電壓提高到5V，則能量密度的提升將更為可觀。
