怎么提升鋰離子電池能量密度?
來源：寶鄂實業(yè)
2021-05-16 20:17
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鋰離子電池的能量密度在數(shù)值上等于鋰電池放電電壓和容量的乘積，但這只是個約數(shù)，實用中的鋰離子電池能量密度取決于正極材料的能量密度和負極材料的能量密度以及它們之間的匹配程度。
現(xiàn)有的鋰離子電池負極材料多以石墨為主，石墨的單位容量為400mAh/g，相對于石墨，鋰電池正極材料的單位容量則少得多，如鈷酸鋰正極材料為140mAh/g；磷酸鐵鋰正極材料高些，為160mAh/g。根據(jù)木桶理論，水位的高低決定于木桶最短處，那么，鋰電池的能量密度也更多地決定于負極材料。這就是鋰離子電池是以正極材料而不是負極材料分類的原因。那么，又如何提高正極材料的能量密度呢？
由前述鋰離子電池能量密度的導出可知，要么提高容量（制作大容量鋰電池仍是目前鋰離子電池研發(fā)的主要方向），要么提高放電電壓，或者二者同時提高。又因為正極材料的容量更低，因此，在正極材料上著手提高放電電壓成為提高容量之外的又一個途徑。
對于插電式混合動力車和純電動汽車而言，后者要求鋰離子動力電池能夠儲存和釋放更高的能量，具有更長的循環(huán)壽命。從目前最好的鋰動力電池來看，豐田普瑞斯的混合動力車使用鋰電池作為輔助動力，每加侖汽油可以行駛約50英里，而IBM發(fā)起的“電池500”項目則要求電池一次充電后的續(xù)航能力要達到500英里，折算成所需電量為125KWh。純電動汽車對一次充電續(xù)航能力的要求必然呼喚新一代電池正極材料的出現(xiàn)。
目前，通過改善電壓的方式所能選擇的鋰電池正極材料有兩類。一類是類尖晶石晶體結(jié)構(gòu)LiNi0.5Mn1.5O4；另一類是類橄欖石晶體結(jié)構(gòu)LiCoPO4。這兩類材料都具有開發(fā)出5V高電壓正極材料的潛力。目前的鈷酸鋰材料相對鋰離子電極的放電電壓約為4V，若電壓提高到5V，則可以使電池能量密度提高25%；而磷酸鐵鋰電池正極材料相對于鋰離子電極的放電電壓更低，約為3.6V，如果電壓提高到5V，則能量密度的提升將更為可觀。
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