鋰離子電池材料的選擇要求
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2020-03-04 11:36
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鋰離子電池材料選擇要求
鋰離子電池基本信息選擇要求
作為鋰離子電池的主要信息(陽(yáng)極、陽(yáng)極、電解液)，其選擇必須有一定的要求。
一、負(fù)性資料的選擇
自鋰離子電池誕生以來，對(duì)負(fù)極數(shù)據(jù)的研究主要有以下幾種:石墨化碳數(shù)據(jù)、非晶碳數(shù)據(jù)、氮化物、硅基數(shù)據(jù)、錫基數(shù)據(jù)、新合金、納米氧化物及其化學(xué)數(shù)據(jù)。作為鋰離子電池的負(fù)極數(shù)據(jù)，需要具備以下功能:
1. 負(fù)極基質(zhì)中鋰離子的氧化還原電位盡可能低，接近金屬鋰的氧化還原電位，從而使電池的輸出電壓高;
2. 大量的鋰在基體中可以被可逆地穿刺和反插入，從而達(dá)到高的容量密度，即可逆的X值盡可能大;
3.在逆沖/逆沖的整個(gè)過程中，鋰的逆沖和逆沖應(yīng)該是可逆的，且主體結(jié)構(gòu)沒有或只有很少的變化，以保證良好的循環(huán)功能;
4. 氧化還原電位隨X的變化應(yīng)盡可能小，即電池電壓變化不明顯，使其能保持穩(wěn)定的充放電;
5. 所插入的化合物應(yīng)具有更好的電子導(dǎo)電性和離子導(dǎo)電性，以減少極化，實(shí)現(xiàn)大電流充放電;
6. 主要數(shù)據(jù)具有良好的外部結(jié)構(gòu)，可以與液體電解質(zhì)形成良好的SEI膜:
7. 穿透性化合物在整個(gè)電壓范圍內(nèi)具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，形成SEI膜后不與電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng);
8. 鋰離子在主材料中擴(kuò)散系數(shù)大，便于快速充放電;
9. 從有用性的角度來看，主題數(shù)據(jù)應(yīng)該是廉價(jià)的、無污染的。
二世。正電極數(shù)據(jù)的選擇要求
鋰離子電池的負(fù)極數(shù)據(jù)一般都是嵌入化合物。作為理想的陽(yáng)極材料，嵌鋰化合物應(yīng)具有以下功能。
1. 嵌入化合物L(fēng)ixMyXz中的金屬離子Mn+1應(yīng)具有較高的氧化恢復(fù)電位，使電池的輸出電壓較高;
2. 在嵌入式化合物L(fēng)ixMyXz中，許多鋰可以通過可逆嵌入和去嵌入來獲得高容量，即X值盡可能大;
3.在整個(gè)包埋/去包埋過程中，鋰包埋和去包埋應(yīng)是可逆的，且主體結(jié)構(gòu)無變化或變化不大，應(yīng)能保證良好的循環(huán)功能;
4. 氧化還原電位隨X的變化應(yīng)盡可能小，即電池電壓變化不明顯，使其能保持穩(wěn)定的充放電;
5. 嵌入的化合物應(yīng)具有較好的電子導(dǎo)電性和離子導(dǎo)電性，可減少極化，進(jìn)行大電流充放電;
6. 穩(wěn)定的化合物應(yīng)在整個(gè)電壓范圍內(nèi)具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，不會(huì)與電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。
7. 鋰離子在電極材料中具有較大的擴(kuò)散系數(shù)，便于快速充放電;
8. 從實(shí)用的角度來看，嵌入式化合物應(yīng)該是廉價(jià)的、無污染的等。
作為鋰離子氧化物陽(yáng)極材料,常見的鈷酸鋰、鋰鎳氧化物,鋰錳氧化物和氧化釩,氧化鐵等負(fù)極材料、正極材料和其他金屬氧化物,5 v陰離子更積極的數(shù)據(jù)(現(xiàn)在討論的第一個(gè)磷酸亞鐵鋰:磷酸鐵鋰)也進(jìn)行了討論。在這些正極數(shù)據(jù)的原材料猜測(cè)中，鈷是最昂貴的，其次是鎳，錳和釩是最便宜的，所以正極數(shù)據(jù)的價(jià)格基本與市場(chǎng)一致。這類數(shù)據(jù)在極點(diǎn)處的結(jié)構(gòu)主要是層狀結(jié)構(gòu)和尖晶石結(jié)構(gòu)。
三、電解液選擇要求
目前正在使用和研究的電解質(zhì)包括液體電解質(zhì)、全固態(tài)電解質(zhì)和凝膠聚合物電解質(zhì)。
液態(tài)電解質(zhì)
鋰離子電池系統(tǒng)中使用的有機(jī)電解質(zhì)應(yīng)首先滿足以下條件:
1. 鋰離子電導(dǎo)率高，在較寬的溫度范圍內(nèi)電測(cè)率為3*10-3—2810-2s /cm;
2. 熱穩(wěn)定性好，無大范圍分解反應(yīng);
3.電化學(xué)窗口寬，即在寬電壓范圍內(nèi)穩(wěn)定。對(duì)于鋰離子電池，穩(wěn)定至4.5v;
4. 化學(xué)穩(wěn)定性高，即電池系統(tǒng)的電極數(shù)據(jù)
