锂离子电池的发展趋势

2020-09-26 11:31 ryder

摘要:概述了锂离子电池的发展趋势,简要介绍了锂离子电池的充放电机理的理论研究现状,总结了现有制备理论和正负电极的最新发展趋势。 介绍了以锂电池材料为核心技术的正极材料和负极材料的各种制备方法和发展前景,并重点介绍了该领域目前存在的问题和改进。

关键字:锂离子电池; 电极材料 电动循环能力 锂嵌入化合物。

简介电子信息时代已迅速增加了对移动电源的需求。 锂离子电池具有高电压和高容量的重要优点,并且具有长循环寿命和良好的安全性能。
它们在便携式电子设备,电动汽车,航天技术,国防工业等方面具有广阔的应用前景。是今年受到广泛关注的研究热点。 锂离子电池机理的一般分析认为,作为化学动力源的锂离子电池是指由两种可逆地嵌入和脱嵌锂离子的化合物组成的二次电池,作为正极和负极。

当电池充电时,锂离子会从正极中脱嵌,插入负极中,反之亦然。 锂离子电池是物理学,材料科学和化学的产物。 锂离子电池所涉及的物理机制目前由固体物理学中的嵌入式物理学解释。 插层是指可移动的客体颗粒(分子,原子,离子)可逆地嵌入适当大小的宿主晶格中。单击网络中的空间。

电子传输锂离子电池的正极材料和负极材料都是离子和电子嵌入化合物的混合化合物。 电子只能在正负材料中移动[4] [5] [6]。 已知的插层化合物有很多种,并且客体颗粒可以是分子,原子或离子。 在插入离子时,需要从主结构进行电荷补偿以保持电中性。 可以通过改变主体材料的能带结构来实现电荷补偿,并且电导率会在嵌入前后发生变化。 锂离子电池电极材料能否稳定地存在于空气中与此特性密切相关。 如果嵌入化合物满足可逆的结构变化并可以补偿结构中电荷的变化,则它们只能用作锂离子电池的电极材料。

控制锂离子电池性能的关键材料-电池中的正极和负极活性材料是这项技术的关键,这是国内外研究人员的共识。  1正极材料的性能和一般制备方法正极中表征离子传输性能的重要参数是化学扩散系数。通常,正极活性物质中锂离子的扩散系数较低。 锂与晶体相变一起插入到正极材料中或从正极材料中脱嵌。

因此,要求锂离子电池的电极膜非常薄,通常为几十微米。 正极材料的锂嵌入化合物是锂离子电池中的锂离子的临时保存容器。 为了获得更高的电池电压,优选选择具有高电势的锂嵌入化合物。 正极材料应满足:
1)在所需的充电和放电电位范围内,并与电解液具有电化学相容性; 

2)温和的电极工艺动力学; 

3)高度可逆的; 

4)完全锂化的空气中的稳定性。

研究热点主要集中在层状LiMO2和尖晶石LiM2O4化合物以及具有两种M(M为Co,Ni,Mn,V和其他过渡金属离子)的相似电极材料上。 作为锂离子电池的正极材料,Li +离子的脱嵌和嵌入过程中结构变化的程度和可逆性决定了电池的稳定重复充电和放电。 在正极材料的制备中,原料性能和合成工艺条件将对最终结构产生影响。 各种有前途的正极材料在使用过程中会衰减容量,这是研究中的主要问题。

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