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锂离子电池的正负极材料选择考虑因素是什么

2021-06-10 ryder

锂离子电池的正负极材料选择考虑因素是什么?相对来讲,锂离子电池的正、负极材料对电池性能的影响比较大,是大家比较关心的方面。近年来锂离子电池的发展速度很是迅猛,正极材料、负极材料、隔膜和电解液等组成了锂离子电池的主要部分,其中正极材料在锂离子电池的总成本中占据40%以上的比例。锂电池的正负极材料的选择是不是会影响安全性么?


锂离子电池正极材料的选择主要基于以下几个因素考虑


1)具有较高的氧化还原反应电位,使锂电池达到较高的输出电压;


2)锂元素含量高,材料堆积密度高,使得锂电池具有较高的能量密度;


3)化学反应过程中的结构稳定性要好,使得锂电池具有长循环寿命;


4)电导率要高,使得锂电池具有良好的充放电倍率性能;


5)化学稳定性和热稳定性要好,不易分析和发热,使得锂电池具有良好的安全性;


6)价格便宜,使得锂离子电池的成本足够低;


7)制造工艺相对简单,便于大规模加工;


8)对环境的污染低,易于回收利用。


锂离子电池的能量密度、充放电倍率、安全性等一些关键指标,主要受制于正极材料。在正极材料当中,最常用的材料有钴酸锂,锰酸锂,磷酸铁锂和三元材料。正极材料一直是锂离子电池核心,它的选择笔直决定了电池性能的高低。正极材料的选择主要是,可逆脱锂和嵌锂的过渡金属氧化物,是锂电池的紧要成分之一。


锂离子电池负极材料的选择应主要考虑以下几个条件


1)应为层状或隧道结构,以利于锂离子的脱嵌;


2)在锂离子脱嵌时无结构上的变化,具有良好的充放电可逆性和循环寿命;


3)锂离子在其中应尽可能多的嵌入和脱出,以使电极具有较高的可逆容量;


4)氧化还原反应的电位要低,与正极材料配合,使锂离子电池具有较高的输出电压;


5)首次不可逆放电比容量较小;


6)与电解质溶剂相容性好;


7)资源丰富、价格低廉;


8)安全性好;


9)环境友好。


锂离子电池主要负极材料有锡基材料、锂基材料、钛酸锂、碳纳米材料、石墨烯材料等。负极材料是锂离子电池储存锂的主体,使锂离子在充放电过程中嵌入与脱出。负极是电池放电时流出电子的一极,负极材料主要影响锂离子电池的首次效率、循环性能等,负极材料的性能也笔直影响锂离子电池的性能,负极材料占锂离子电池总成本5~15%左右。


综上所述,近年来锂离子电池中正负极活性材料的研究和开发使用,在国际上相当活跃,并已取得很大进展。材料的晶体结构规整,充放电过程中结构不发生不可逆变化是获得比容量高,循环寿命长的锂电池的关键。

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