聚合物電池技術分析
來源：寶鄂實業(yè)
2020-01-14 19:51
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聚合物電池技術分析
鋰電池的結構
鋰離子電池的正極和負極活性物質都是嵌入化合物。充電時，鋰離子從正極析出，通過電解液插入負極。相反，鋰離子電池實際上是通過在兩個電極之間來回插入和釋放來充電和放電的，因此被稱為“搖椅電池”(縮寫為RCB)。反應圖和基本方程如下:
聚合物電池技術
聚合物電池技術
陽極材料
鋰離子電池的特性和價格與其正極材料密切相關，一般來說，正極材料應滿足:在所需的充放電電勢范圍內(nèi)，與電解質溶液具有電化學相容性;溫和電極過程動力學;高可逆性;4. 在全鋰條件下，良好的空氣穩(wěn)定性。隨著鋰離子電池的發(fā)展，高性能、低成本的陰極材料的研究也在不斷地進行。目前的研究主要集中在鋰鈷氧化物、鋰鎳氧化物、鋰錳氧化物等鋰過渡金屬氧化物。
聚合物電池陰極材料
鋰離子電池三種主要正極材料的比較
鋰鈷氧化物(LiCoO2)屬于串聯(lián)nafeo2型結構，具有二維層狀結構，適用于鋰離子的去嵌入。鋰離子電池制備工藝簡單，性能穩(wěn)定，比容量高，循環(huán)性能好，目前大多數(shù)商用鋰離子電池都采用LiCoO2作為正極材料。合成方法主要有高溫固相合成法和低溫固相合成法，以及草酸沉淀法、溶膠-凝膠法、冷熱法、有機混合法等軟化學方法。
鋰鎳氧化物(LiNiO2)是一種具有良好高溫穩(wěn)定性的巖鹽型結構化合物。由于自放電率低，對電解液要求低，無污染，資源相對豐富，價格合理，是一種很有前途的替代鋰鈷氧化物的陰極材料。目前，主要通過Ni (NO3) 2、Ni (OH) 2、NiCO3、NiOOH和LiOH、LiNO3和LiCO3的固相反應合成LiNiO2。比LiCoO2 LiNiO2合成困難,其主要原因是高溫條件下的化學計量比LiNiO2容易分解成Li1 - xNi1 + xO2,多余的鋰鎳離子之間NiO2平面層,防止鋰離子擴散,將影響材料的電化學活性,同時Ni3 +比二氧化碳+很難得到,因此合成應在氧氣氣氛[2]。
鋰錳氧化物是對傳統(tǒng)陰極材料的一種改性。目前廣泛應用的尖晶石LixMn2O4具有三維隧道結構，更適合于鋰離子去包埋。鋰錳氧化物原料豐富，成本低，無污染，抗過充性好，熱安全性好，對電池安全保護裝置的要求相對較低。因此，它被認為是最有前途的鋰離子電池正極材料。錳的溶解、jahn-teller效應和電解液的分解是導致鋰離子電池容量損失的主要原因。
陽極材料
鋰離子電池的容量在很大程度上取決于鋰嵌在正極中的數(shù)量，而正極材料應滿足以下要求:(1)鋰在去嵌電極過程中電位變化小，且接近金屬鋰;比容量高;更高的充放電效率;無論在電極材料內(nèi)部還是表面，Li+都具有很高的擴散速率。更高的結構、化學和熱穩(wěn)定性;它既便宜又容易準備。目前，鋰離子電池正極材料的研究工作主要集中在碳材料和其他具有特殊結構的金屬氧化物材料。
制備陰極材料的一般方法如下:(1)將軟碳在一定溫度下加熱，得到高度石墨化的碳;(2)特殊結構的交聯(lián)樹脂經(jīng)高溫分解得到硬碳;(3)有機物的高溫熱分解和含氫碳聚合物的制備。
