① 鋰電池原材料是什麼
鋰電池的材料組成主要包括正極材料、負極材料、隔膜和電解液。
1、在正極材料中,最常用的材料是鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和三元材料(鎳、鈷和錳的聚合物)。正極材料占很大比例(正負極材料的質量量比為3:1~4:1),因為正極材料的性能直接影響鋰離子電池的性能,其成本也直接決定了電池的成本。
2、負極材料中,天然石墨和人造石墨是目前主要的負極材料。正在探索的負極材料包括氮化物、聚天冬氨酸、錫基氧化物、錫合金、納米陽極材料和其他金屬間化合物。負極材料作為鋰電池四大材料之一,在提高電池容量和循環性能方面發揮了重要作用,處於鋰電池產業中游地區的核心。
3、面向市場的隔膜材料主要是聚烯烴隔膜,主要由聚乙烯和聚丙烯製成。在鋰電池隔膜的結構中,隔膜是關鍵的內部部件之一。隔膜的性能決定了電池的界面結構和內阻,直接影響電池的容量、循環和安全性能。性能優異的隔膜對提高電池的綜合性能起著重要作用。
4、電解液一般由高純有機溶劑、電解質鋰鹽、必要的添加劑等原料在一定條件下按一定比例製成。電解液在鋰電池正負電極之間起到傳導離子的作用,是鋰離子電池高電壓、高比能量的保證。
鋰電池的保護措施
鋰電池芯過充到電壓高於 4.2V 後,會開始產生副作用。過充電壓愈高,危險性也跟著愈高。鋰電芯電壓高於 4.2V 後,正極材料內剩下的鋰原子數量不到一半, 此時儲存格常會垮掉, 讓電池產生永久性的容量損失。
如果繼續充電,由於負極的儲存格已經裝滿了鋰原子,後續的鋰金屬會堆積於負極材料表面。這些鋰原子會由負極表面往鋰離子來的方向長出樹枝狀結晶。這些鋰金屬結晶會穿過隔膜,使正負極短路。有時在短路發生前電池就先爆炸,這是因為在過充過程,電解液等材料會分解產生氣體,使得電池外殼或壓力閥鼓脹破裂,讓氧氣進去與堆積在負極表面的鋰原子反應,進而爆炸。
因此,鋰電池充電時,一定要設定電壓上限, 才可以同時兼顧到電池的壽命、容量、和安全性。最理想的充電電壓上限為 4.2V。 鋰電芯放電時也要有電壓下限。 當電芯電壓低於 2.4V 時, 部分材料會開始被破壞。
又由於電池會自放電, 放愈久電壓會愈低,因此,放電時最好不要放到 2.4V 才停止。鋰電池從 3.0V 放電到 2.4V 這段期間,所釋放 的能量只佔電池容量的 3%左右。因此,3.0V 是一個理想的放電截止電壓。 充放電時,除了電壓的限制,電流的限制也有其必要。電流過大時,鋰離子來不及進入儲存格,會聚集於材料表面。
② 鋰離子電池正極材料主要有哪些
鋰離子電池正極材料主要有,鋰鈷氧化物、鋰鎳氧化物、鋰錳氧化物和聚陰離子正極材料系列。正極材料常用LixCoO2 ,也用 LixNiO2,和LixMnO4 ,電解液用LiPF6+二乙烯碳酸酯(EC)+二甲基碳酸酯(DMC)。
鋰離子電池是以2種不同的能夠可逆地插入及脫出鋰離子的嵌鋰化合物分別作為電池的正極和負極的2次電池體系。充電時,鋰離子從正極材料的晶格中脫出,經過電解質後插入到負極材料的晶格中,使得負極富鋰,正極貧鋰;放電時鋰離子從負極材料的晶格中脫出,經過電解質後插入到正極材料的晶格中,使得正極富鋰,負極貧鋰。這樣正負極材料在插入及脫出鋰離子時相對於金屬鋰的電位的差值,就是電池的工作電壓。
鋰離子電池是性能卓越的新一代綠色高能電池,已成為高新技術發展的重點之一。鋰離子電池具有以下特點:高電壓、高容量、低消耗、無記憶效應、無公害、體積小、內阻小、自放電少、循環次數多。
③ 鋰電池的正極材料有哪些
主要包括:鋰鈷氧化物、鋰鎳氧化物、鋰錳氧化物和聚陰離子正極材料系列。
1.鋰鈷氧化物
鋰鈷氧化物是現階段商品化鋰離子電池中應用最成功、最廣泛的正極材料。其在可逆性、放電容量、充放電效率和電壓穩定方面是比較好的。
2.鋰鎳氧化物
鎳酸鋰(LiNiO2)為立方岩鹽結構,與LiCoO2相同,但其價格比LiCoO2低。LiNiO2理論容量為276mAh/g,實際比容量為140~180mAh/g,工作電壓范圍為2.5V~4.2V,無過充或過放電的限制,具有高溫穩定性好,自放電率低,無污染,是繼LiCoO2之後研究得較多的層狀化合物。但LiNiO2作為鋰離子電池正極材料存在以下問題亟待研究解決。
3.鋰錳氧化物
我國錳資源儲量豐富,而且錳無毒,污染小,因此層狀結構的LiMnO2和尖晶石型的LiMn2O4都成為了正極材料研究的熱點。
4.錳鎳鈷復合氧化物
層狀錳鎳鈷復合氧化物正極材料綜合了LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2 三種層狀材料的優點,其綜合性能優於以上任一單一組分正極材料,存在明顯的三元協同效應:通過引入Co,能夠減少陽離子混合佔位情況,有效穩定材料的層狀結構;通過引入Ni,可提高材料的容量;
5.鋰釩氧化物
釩為多價態金屬,與鋰可形成多種氧化物,主要包括層狀的LiVO2、LixV2O4、Li1+xV3O8和尖晶石型LiV2O4、反尖晶石型LiVMO4(M=Ni,Co)。
6.鋰鐵氧化物
隨著鋰二次電池的出現,人們對可脫嵌鋰離子的層狀LiFeO2就進行了許多深入的研究。但由於Fe4+/Fe3+電對的Fermi能級與Li+/Li的相隔太遠,而Fe3+/Fe2+電對又與Li+/Li的相隔太近,因此層狀LiFeO2一直未能得到應用。