鋰電池負極材料的技術(shù)發(fā)展和作用介紹
來源：寶鄂實業(yè)
2021-07-30 11:15
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鋰電池負極材料的技術(shù)發(fā)展
?、偈摌O材料
石墨由于具備電子電導率高，鋰離子擴散系數(shù)大，層狀結(jié)構(gòu)在嵌鋰前后體積變化小，嵌鋰容量高和嵌鋰電位低等優(yōu)點，成為目前主流的商業(yè)化鋰離子負極材料。
但由于石墨本身結(jié)構(gòu)特性的制約，石墨負極材料的發(fā)展也遇到了瓶頸，容量若已經(jīng)達到極限，則不能滿足大型動力電池所要求的持續(xù)大電流放電能力。因此業(yè)界開始把目光投向費石墨類材料。
②硅基負極材料
硅是半導體材料，自身的電導率較低。在電化學循環(huán)過程中，鋰離子的嵌入和脫出會使材料體積發(fā)生300%以上的膨脹與收縮，產(chǎn)生的機械作用力會使材料逐漸粉化，造成結(jié)構(gòu)坍塌，最終導致電極活性物質(zhì)與集流體脫離，喪失電接觸，導致電池循環(huán)性能大大降低。
與傳統(tǒng)石墨負極相比，硅具有超高的理論比容量和較低的脫鋰電位，且硅的電壓平臺略高于石墨，在充電時難引起表面析鋰，安全性能更好。硅成為鋰離子電池碳基負極升級換代的富有潛力的選擇之一。
?、垅佀徜囏摌O材料
與碳負極材料相比，鈦酸鋰的電位高，鈦酸鋰電池超長的循環(huán)壽命，不同凡響的安全性，優(yōu)異的功率特性以及良好的經(jīng)濟性，這些特性卻將會是成就目前正在崛起的大規(guī)模鋰電儲能產(chǎn)業(yè)的重要基石。
國內(nèi)外對鈦酸鋰電池技術(shù)的研究可謂是風起云涌。其產(chǎn)業(yè)鏈可分為鈦酸鋰材料制備、鈦酸鋰電池生產(chǎn)與鈦酸鋰電池系統(tǒng)的集成系統(tǒng)的集成及其在電動車及儲能市場的應用。
鋰離子電池正負極材料作用
1、鋰離子電池負極材料的作用
鋰離子電池的負極活性材料主要為碳材料，其成功之處即在于以碳負極替代了鋰負極，從而充放電過程中鋰在負極表面的沉積和溶解變?yōu)殇囋谔碱w粒中的嵌入和脫出，減少了鋰枝晶形成的可能，大大地提高了電池的安全性，但這并不表示使用碳負極不存在安全性問題。
負極活性材料的物化結(jié)構(gòu)性質(zhì)對鋰離子的嵌入和脫出有決定性的影響，使用容易脫嵌的活性材料，充放循環(huán)時，活性材料的結(jié)構(gòu)變化小，而且這種微小變化是可逆的，因此有利于延長充放循環(huán)壽命。
2、鋰離子電池正極材料作用
不同的正極材料種類，決定了電池充放電功率的大體范圍。比如，正極材料的晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，顆粒尺寸，摻雜原子，碳包覆工藝，材料的制備方法等。以上因素最終都是通過影響正極材料容納鋰離子的能力和脫嵌嵌入通道的通暢性來影響鋰電池的功率密度。
每種正極材料都有其理論能量密度，選擇了一種正極材料，就選擇了電芯能量密度的上限。正極材料的用量設計和加工制作過程中的振實密度也對電芯成品的能量密度產(chǎn)生影響。
影響電芯循環(huán)壽命的因素很多，與正極材料相關(guān)的，主要有正極材料活性物質(zhì)在循環(huán)使用中的損耗，以及充放電過程中，材料結(jié)構(gòu)的崩壞引發(fā)的正極容納鋰離子能力的衰減。而正極材料中的雜質(zhì)成分，比如單質(zhì)鐵和三價鐵，都會與電解液相互作用，產(chǎn)生不良副反應，或者造成內(nèi)部微短路。
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