Литиевые батареи в основном состоят из положительных и отрицательных электродов, сепараторов, электролитов, связующих, проводящих веществ, вкладок и упаковочных материалов. Они классифицируются по материальной форме. Положительные электроды, отрицательные электроды, связующие и проводящие вещества представляют собой порошковые материалы, а некоторые твердые электролиты. Это порошковый материал, а некоторые модифицированные сепараторы также содержат порошковые материалы.
Положительный электрод
Уже коммерческие катодные материалы включают оксид лития-кобальта (LiCoO2), манганат лития (LiMn2O4), тройной катодный материал (LiNixMnyCozO2) и литий-железофосфат (LiFePO4).
Оксид лития-кобальта (LiCoO2): при комнатной температуре представляет собой твердое вещество черного цвета. Это неорганическое соединение со стабильными характеристиками, простым и удобным синтезом, высокими электрохимическими характеристиками и сроком службы. Это идеальный кандидат на роль литий-ионных аккумуляторов и первый успешный вариант. Коммерческие катодные материалы для литий-ионных аккумуляторов в настоящее время в основном используются в области аккумуляторов 3C.
Оксид лития-марганца (LiMn2O4): черно-серый порошок. При использовании в литиевых батареях он имеет кристаллическую структуру кубической шпинели и содержит три литий-ионных канала космической передачи. Таким образом, по сравнению с другими катодными материалами, катодные материалы из манганата лития имеют более высокую скорость диффузии ионов и подходят для литий-ионных батарей, требующих высокоскоростной зарядки.
Тройной катодный материал (LiNixMnyCozO2): относится к тройному катодному материалу никель-кобальт-марганец, который представляет собой новый материал на основе LiCoO2 и заменяет часть Co на Ni и Mn. Он унаследовал не только стабильность LiCoO2, высокую обратимую емкость LiNiO2, но и высокую безопасность LiMnO2.
Литий-железофосфат (LiFePO4): имеет структуру оливина, не содержит драгоценных элементов, таких как кобальт и никель, имеет низкие цены на сырье, богат ресурсами фосфора, железа и лития в земной коре и может удовлетворить рынок. с годовым объемом производства более миллиона тонн. нуждаться.
Отрицательный электрод
В настоящее время материалы отрицательных электродов включают графитовые материалы, твердые углеродные материалы, мягкие углеродные материалы, титанат лития, материалы на основе кремния и т. д. Среди них наиболее часто используются графитовые материалы отрицательных электродов, а материалы отрицательных электродов на основе кремния имеют самый широкий спектр применения. перспективы.
Материал графитового анода: в основном состоит из графита, обладает высокой проводимостью, высокой плотностью энергии, хорошей химической стабильностью и низкой стоимостью производства. Его делят на два типа: природный графит и искусственный графит.
Твердый углеродный материал: Твердый углерод — это углерод, который не графитируется после высокотемпературной обработки. Его внутреннее кристаллическое расположение неупорядочено, межслоевые расстояния велики. Это позволяет твердому углеродному отрицательному электроду хранить больше зарядов в том же объеме и повышает энергию батареи. Плотность и выносливость.
Мягкие углеродные материалы: Мягкий углерод обычно относится к углероду, который легко графитируется при температуре выше 2500°C. Он имеет высокую степень порядка, низкую и стабильную платформу для потенциала зарядки и разрядки, а также обладает такими преимуществами, как большая емкость зарядки и разрядки, высокая эффективность и хорошая производительность цикла. .
Титанат лития: белый порошок с высоким потенциалом деинтеркаляции ионов лития (1,55 В по сравнению с Li/Li+) и высокой безопасностью при использовании в качестве материала электрода; Кроме того, этот материал представляет собой электродный материал с «нулевой деформацией», литий. В процессе внедрения и извлечения ионов структура материала почти не меняется, и теоретически он имеет бесконечный срок службы.
Материалы на основе кремния: в основном делятся на нанокремний и оксид кремния. Двумя маршрутами, соответствующими отрицательным электродам на основе кремния, являются кремний-углеродные отрицательные электроды и кремний-кислородные отрицательные электроды.
Клей
Связующие включают поливинилиденфторид (ПВДФ) и бутадиен-стирольный каучук (SBR). ПВДФ можно использовать как в качестве положительных, так и отрицательных электродов, а в качестве отрицательного электрода обычно используют SBR.
Проводящий агент
В литиевых батареях проводящие агенты представляют собой реагенты, используемые для обеспечения хороших характеристик заряда и разряда электродов. Они собирают микротоки между активными материалами, а также между активными материалами и токосъемниками, а затем собирают микротоки на токосъемниках, таких как алюминиевая фольга и медная фольга. На автоматическом выключателе образуется большой ток, который в конечном итоге доставляется к электроприборам. Обычно используемые проводящие агенты включают технический углерод, углеродное волокно, выращенное из паровой фазы (VGCF), и углеродные нанотрубки (УНТ).
Твердый электролит
Распространенные твердые электролиты в виде порошка:
Порошок дисульфида германия высокой чистоты (GeS2): белый порошок с преимуществами высокой ионной проводимости, высокой химической стабильности и длительного срока службы. Он имеет чрезвычайно высокую чистоту и может достигать чистоты 99,99% или даже 99,999%.
Оксид лития-лантана-циркония (LLZO): обладает превосходной ионной проводимостью до 1,5×10-4.
См/см и может быть использован для изготовления твердотельных литиевых батарей.
Оксид лития, лантана, циркония, тантала (LLZTO): обладает высокой ионной проводимостью, превосходной химической стабильностью и термической стабильностью.
Кроме того, существуют другие порошки твердых электролитов, такие как сульфат бария, высокостабильный сульфидный сульфидный электролит лития, фосфора, серы, твердый электролит лития, германия, фосфора, сульфида серы и т. д.