鋰電池正負極材料技術發展,鋰離子電池正負極材料作用

來源：存能電氣  日期：2019-11-05 15:38  瀏覽量：次

　　鋰電池正負極材料技術發展，鋰離子電池正負極材料作用。鋰離子電池因具有高的比能量，長循環壽命，低自放電和綠色環保等一系列優點，相對來講,鋰離子電池的正、負極材料對電池性能的影響比較大,是大家比較關心的方面。下面小編帶大家了解鋰電池正負極材料技術發展和鋰離子電池正負極材料作用。

　　1、鋰電池正極材料的技術發展

　　①錳酸鋰正極材料

　　錳酸鋰是研究較早的鋰電池正極材料，是最具發展前途的動力鋰電正極材料之一，其應用主要集中在消費類電池市場，在動力電池領域也有一定的應用，前瞻預判未來錳酸鋰在正極材料的比重將會不斷提升。

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　　我國磷酸鐵鋰的產業化發展與國際基本同步，目前國內部分產品的成本比國外同類產品要低，在性能、單位產能方面的差距并非遙不可及，未來隨著磷酸鐵鋰生產技術的不斷完善，其市場前景依然為產業界所看好。

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　　鈷酸鋰自從鋰電池商業化以來,一直作為正極材料地主流被應用。由于表面修飾改性這種技術方案只能達到不完全地表面性質改變,因此其在解決鈷酸鋰高電壓下地晶體結構不穩定性問題上地可行性值得懷疑，因此，通過提高充電電壓來進一步提高材料地可逆比容量方面，鎳鈷錳酸鋰比鈷酸鋰更有優勢。

　　2、鋰電池負極材料的技術發展

　　①石墨負極材料

　　石墨由于具備電子電導率高，鋰離子擴散系數大，層狀結構在嵌鋰前后體積變化小，嵌鋰容量高和嵌鋰電位低等優點，成為目前主流的商業化鋰離子負極材料。

　　但由于石墨本身結構特性的制約，石墨負極材料的發展也遇到了瓶頸，容量若已經達到極限，則不能滿足大型動力電池所要求的持續大電流放電能力。因此業界開始把目光投向費石墨類材料。

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　　硅是半導體材料，自身的電導率較低。在電化學循環過程中，鋰離子的嵌入和脫出會使材料體積發生300%以上的膨脹與收縮，產生的機械作用力會使材料逐漸粉化，造成結構坍塌，最終導致電極活性物質與集流體脫離，喪失電接觸，導致電池循環性能大大降低。

　　與傳統石墨負極相比，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。

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　　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壽命，不同凡響的安全性，優異的功率特性以及良好的經濟性，這些特性卻將會是成就目前正在崛起的大規模鋰電儲能產業的重要基石。

　　國內外對鈦酸鋰電池技術的研究可謂是風起云涌。其產業鏈可分為鈦酸鋰材料制備、鈦酸鋰電池生產與鈦酸鋰電池系統的集成系統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為鋰在碳顆粒中的嵌入和脫出，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構性質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，充放循環時，活性材料的結構變化小，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，正極材料的晶體結構穩定性，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生影響。

　　影響電芯循環壽命的因素很多，與正極材料相關的，主要有正極材料活性物質在循環使用中的損耗，以及充放電過程中，材料結構的崩壞引發的正極容納鋰離子能力的衰減。而正極材料中的雜質成分，比如單質鐵和三價鐵，都會與電解液相互作用，產生不良副反應，或者造成內部微短路。

　　鋰離子電池的發展得益于正負極材料的發展，隨著鋰離子電池的應用范圍不斷擴大和人們對鋰離子電池性能需求越來越嚴格，對制備鋰離子電池的正負極材料的要求會越來越高，這需要人們一方面對現有正負極材料進行性能改進，另一方面尋求安全性能和循環性能更加優異的替代物。