分析鋰離子電池電極材料的開(kāi)發(fā)
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-11-17 21:15
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鋰離子電池電極材料的開(kāi)發(fā)
一、鋰離子電池正極材料
早期鋰金屬直接作為正極材料，但在充放電過(guò)程中產(chǎn)生枝晶鋰，穿透隔膜，導(dǎo)致短路、漏電甚至爆炸。用鋁鋰合金可以解決枝晶鋰的問(wèn)題。搖椅電池的概念解決了這一問(wèn)題，它利用石墨等具有層狀結(jié)構(gòu)的非金屬材料來(lái)儲(chǔ)存鋰，從而避免了枝晶鋰的產(chǎn)生，大大提高了電池的安全性。
目前，具有實(shí)用價(jià)值或應(yīng)用前景的鋰離子電池正極材料的研究主要集中在四個(gè)方面:(1)碳材料;(2)金屬氧化物;(3)金屬氮化;(4)納米硅。然而，碳是唯一可以廣泛用作商業(yè)鋰離子電池正極材料的材料。選擇碳材料作為電池陽(yáng)極,和現(xiàn)在高性能的鋰離子電池陰極材料LiCoO2 LilNiO2,錳化合物的熱力學(xué)穩(wěn)定材料形式放電的形狀,材料制備放電形式,所以電池陽(yáng)極材料在生產(chǎn)過(guò)程中是處于放電狀態(tài),通過(guò)第一次充放電電池需要激活。
(1)碳材料
石墨中間層與石墨層之間的分子間弱相互作用力，有利于鋰的包埋與剝離。將鋰插入碳層形成鋰嵌入石墨化合物，最大理論容量為372 mah-g1。碳材料可分為天然碳材料和人工碳材料。天然石墨材料石墨化程度高，結(jié)晶完全，嵌入位置多，容量大，但對(duì)電解液敏感，循環(huán)穩(wěn)定性差。人工碳材料包括軟碳材料和硬碳材料。軟碳材料可石墨化，有一定的雜質(zhì)，制備難度大，純度高，但資源豐富，價(jià)格低廉。硬碳材料是由各種高聚物高溫?zé)峤舛茫灰资?，具有高度的無(wú)序和不規(guī)則結(jié)構(gòu)，其容量超過(guò)1000 maha.gl。然而，硬碳材料具有較大的不可逆容量。
在銀、鋅、錫層表面添加鉀、硼、碳纖維可以有效提高材料的容量和充放電效率。
(2)金屬氧化物
為了解決金屬粉末的問(wèn)題，Idota提出用SnO2等金屬氧化物代替純金屬作為陽(yáng)極材料。在鋰離子注入過(guò)程中，首先發(fā)生不可逆反應(yīng)，即SnO2+4Li=Sn+2Lo，生成的納米錫均勻分散在氧化鋰形成的晶格中。然后，嵌鋰與錫形成鋰錫合金Sn+4.4Li=Lg4Sn，這是一個(gè)可逆的過(guò)程，即鋰可以逆嵌在鋰錫合金中。
12嵌鋰鋰離子12 + 3離lilitis012晶格體積已被，物質(zhì)循環(huán)穩(wěn)定性好。金屬氧化物鉬(M=Co、Cu、Ni、Fe等)納米材料經(jīng)過(guò)100次循環(huán)后仍能保持700 mah-g1的容量。此外，其他金屬氧化物，如InVO4。FeVO4、MnV206和TiO2也具有較大的鋰存儲(chǔ)容量，但不可逆容量較大。
(3)金屬氮化物
最近，人們發(fā)現(xiàn)一些過(guò)渡金屬氮化鋰。XMsN (M:Co, Ni, Cu)具有良好的電化學(xué)穩(wěn)定性和高可逆儲(chǔ)備。充放電容量可達(dá)760mAh。由于SnO的第一不可逆容量過(guò)高，其應(yīng)用受到限制。添加L2.6Coo4N的復(fù)合材料可以有效降低SnO的第一不可逆容量，提高材料的回收性能。對(duì)嵌鋰功能的研究表明，首次去除鋰后，材料將由六邊形相轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷?，非晶相可以嵌入大量的鋰離子。
(4)納米硅
納米硅還具有較高的鋰存儲(chǔ)容量，這也是目前的研究熱點(diǎn)。在電化學(xué)惰性錫晶格中均勻分布納米Si，在多孔鎳襯底上沉積硅，可獲得高容量。通過(guò)化學(xué)氣相沉積的方法，將一些納米硅復(fù)合成碳材料，可以顯著提高材料的容量，而碳涂層硅的容量可以達(dá)到1200ma .gl。
