制造磷酸鐵鋰電池的材料有哪些？
來源：寶鄂實業(yè)
2020-01-22 19:38
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制造磷酸鐵鋰電池的材料是什么?
磷酸鐵鋰電池作為一種流行的電池發(fā)展方向，具有許多優(yōu)點和特點。鋰離子電池主要由正極和負(fù)極活性材料及電解質(zhì)組成。以下介紹三種主要的相關(guān)材料。
磷酸鐵鋰電池
(1)磷酸鐵鋰電池正極材料
在鋰離子電池正極材料中，層狀過渡群金屬氧化物、尖晶石型結(jié)構(gòu)和橄欖石型結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是最有前途的材料。正在進行的研究旨在降低材料合成的成本，延長材料的有效壽命。
LiCoO2材料是研究最成熟的材料，也是應(yīng)用最廣泛的材料，主要用于小型便攜式電子產(chǎn)品。隨著鋰離子電池的大規(guī)模發(fā)展，鋰離子電池由于價格高、毒性大等缺點，成本居高不下。同時，嚴(yán)重的環(huán)境污染問題也存在。因此，尋找替代材料一直是鋰電池學(xué)界的研究課題。
充放電反應(yīng)機理如下:
電荷:LiFePO4 -xli +-xe→xFePO4+ (1-x) LiFePO4 (1-4)
放電:FePO4+xLi++xe-→xLiFePO4+ (1-x) FePO4 (1-5)
可以看出，在充放電過程中，LiFePO4和FePO4兩相發(fā)生轉(zhuǎn)變，同時發(fā)生Fe2*/Fe*氧化還原反應(yīng)。磷酸鐵鋰材料中，氧與鐵原子和P原子之間具有很強的共價鍵，所以材料相當(dāng)穩(wěn)定，而且也因為有很強的共價鍵，使得材料的鋰離子導(dǎo)電性(1013 ~ 1016 s/cm)和導(dǎo)電性(109 s/cm)都很低，主要通過使用導(dǎo)電添加劑來提高表面電導(dǎo)率和摻雜金屬離子到LiFePO4晶格中來提高本體的電導(dǎo)率兩種方法來提高本體的導(dǎo)電能力。近年來，研究發(fā)現(xiàn)，材料和石墨陰極電池在高溫下還存在嚴(yán)重的容量衰減問題。
(2)磷酸鐵鋰電池正極材料
在鋰離子電池的早期研究中，鋰金屬主要用作負(fù)極。但是在充電過程中，負(fù)極表面發(fā)生了鋰的演化，導(dǎo)致電池短路和安全問題。鋰離子電池成功商業(yè)化的關(guān)鍵是鋰化合物在負(fù)極中的應(yīng)用。目前，碳負(fù)極材料比較成熟。
非晶碳材料主要包括硬碳[1]和軟碳[[endnoteref: 3]]，它們的比容量很高，但在第一次鋰包埋過程中，其不可逆容量損失較大，因此限制了它們的商業(yè)應(yīng)用。
在非碳材料中，目前主要研究的是金屬氧化物材料、硅基材料、合金材料和金屬硫化物材料。23]這些材料目前處于研究階段，還沒有進入大規(guī)模的實際應(yīng)用階段。
(3)鋰鐵電池電解液
鋰鐵電池的電解質(zhì)材料作為鋰離子在充放電過程中的傳輸介質(zhì)，應(yīng)滿足以下要求:良好的離子電導(dǎo)率和電子絕緣性;寬電化學(xué)窗口;高熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性;
良好的安全;環(huán)保。目前，鋰離子電池的電解質(zhì)主要有液體電解質(zhì)、固體電解質(zhì)和凝膠聚合物電解質(zhì)。
有機電解液一般由鋰電解液、有機溶劑和添加劑三部分組成。目前，被認(rèn)為具有巨大潛力的鋰電解質(zhì)鹽有LiBF4、LiAsF6、LiPF6、LiCF3SO3等。LiPF6是商用電池中最常用的鋰材料，在電解液中具有良好的導(dǎo)電性和電化學(xué)穩(wěn)定性，但價格相對較高。同時，其熱和水解性能也不盡人意。
為了提高電解液與電極的安全性和相容性，在實際應(yīng)用中經(jīng)常加入阻燃劑、薄膜添加劑等電解液添加劑來提高電解液的綜合性能。
