鋰離子電池負極材料知識講解
來源：寶鄂實業(yè)
2019-11-10 22:16
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一、鋰離子電池負極材料
目前，國內(nèi)外工業(yè)上應(yīng)用的鋰離子動力電池正極材料有磷酸鐵鋰、錳酸鋰、氧化鈷鋰、三元(錳酸鎳鋰、鋁酸鎳鎳鋰)、氧化鎳鋰。主要生產(chǎn)企業(yè)有湖南姍姍新材料有限公司、湖南瑞翔新材料有限公司、北京大學(xué)先鋒科技有限公司、北京易斯普林材料科技有限公司、天津八木科技有限公司、寧波金河新材料有限公司、深圳天驕科技有限公司等。
1. 主要的陽極材料
鈷酸鋰容量可達140mAh/g，重量輕，體積小，充放電電壓穩(wěn)定，導(dǎo)電性高，生產(chǎn)工藝簡單;制備方法包括高溫固相法、溶膠-凝膠法、沉淀法、噴霧干燥法和水熱合成法。但是原材料價格高，熱穩(wěn)定性差，污染嚴重，限制了其在電動汽車上的應(yīng)用。
鎳酸鋰容量可達190 ~ 210mAh/g，環(huán)境污染小，自放電率低。合成方法有高溫固相法和溶膠-凝膠法。但熱穩(wěn)定性差，容量衰減快。
錳酸鋰資源豐富，成本低，安全性好，具有尖晶石和層狀結(jié)構(gòu)，比能80 ~ 120Wh/kg，循環(huán)壽命約為1500倍。尖晶石錳酸鋰的三維隧道結(jié)構(gòu)利用了鋰離子的包埋和釋放。成本低，性能穩(wěn)定，生產(chǎn)工藝成熟，易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。但其容量衰減快，高溫循環(huán)性能差。層狀錳酸鋰容量大，可達250mA•h/g，但其連續(xù)性能差，高溫不穩(wěn)定，容量衰減嚴重，在工業(yè)生產(chǎn)中難以實現(xiàn)。
磷酸鐵鋰為橄欖型結(jié)構(gòu)，比能可達100 ~ 120Wh/kg，循環(huán)壽命可達2000倍，具有良好的熱穩(wěn)定性和安全性，原料豐富，制造成本低，循環(huán)壽命長，目前廣泛應(yīng)用于電動汽車。但其比能和比功率低，限制了大型純電動汽車的應(yīng)用。目前正朝著納米、高密度磷酸鐵鋰能源型發(fā)展，以滿足新能源汽車特別是公交車和特種車輛的需求。
鎳鈷錳、鋁鎳和鈷三元材料的一個更有前途的陽極材料,更好地利用鋰錳酸鋰、鎳、鈷酸鋰的優(yōu)勢同時,在某種程度上,彌補不足的三個材料,三元材料性能平衡,能量密度和容量較高,能力可以達到180 ~ 190 mah / g,循環(huán)性能好,可以達到2 000次,生活是強大的,價格相對便宜;但安全性和低溫性能差，合成困難，充放電效率低。
2. 陽極材料的研究與開發(fā)
鎳鈷錳、鎳鈷鋁三元材料的研發(fā)主要是為了提高材料的體積比能，提高低溫性能，提高電池的安全性。性能可以通過調(diào)整材料的組成來控制。為了進一步提高電池的能量密度，正電極材料將發(fā)展成硅酸鹽復(fù)合材料、層狀富鋰錳材料和含硫材料。向具有較高嵌鋰容量和良好性能的可逆材料方向發(fā)展。材料結(jié)構(gòu)的研究傾向于分層結(jié)構(gòu)和尖晶石結(jié)構(gòu)。
3.陽極材料的發(fā)展趨勢
(1)材料修改
電極材料表面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性主要通過石墨烯改性和表面改性來穩(wěn)定，提高材料的導(dǎo)電性能和高溫循環(huán)性能，降低材料的容量衰減。
(2)離子摻雜
離子摻雜鋁(Al),主要是金屬元素鉻(Cr),鎂(Mg)氧摻雜過渡金屬和非金屬元素,良好的導(dǎo)電性金屬離子摻雜到陽極材料,改善鋰離子擴散速度,電導(dǎo)率和電化學(xué)性能,提高穩(wěn)定性,進一步研究摻雜改性的具體的作用機制,以更好地使用興奮劑來提高材料的性能。
