鋰電池中的粉末材料

鋰電池主要由正極、負極、隔膜、電解液、黏結劑、導電劑、極耳和包裝材料等組成。 它們是根據物質形態分類的。 正極、負極、黏結劑和導電劑都是粉末材料,有的固體電解質是粉末材料,有的改質隔膜也含有粉末材料。

正極

已商業化的正極材料包括鈷酸鋰(LiCoO2)、錳酸鋰(LiMn2O4)、三元正極材料(LiNixMnyCozO2)和磷酸鐵鋰(LiFePO4)。

鈷酸鋰(LiCoO2):室溫下為黑色固體。 它是一種性能穩定、合成簡單、電化學性能和循環壽命高的無機化合物。 它是鋰離子電池的理想候選者,也是第一個成功的電池。 商業化鋰離子電池正極材料目前主要應用於3C電池領域。

錳酸鋰(LiMn2O4):黑灰色粉末。 用於鋰電池時,具有立方尖晶石晶體結構,並含有三個鋰離子空間傳輸通道。 因此,與其他正極材料相比,錳酸鋰正極材料具有更高的離子擴散速率,適合需要高倍率充電的鋰離子電池。

三元正極材料(LiNixMnyCozO2):指鎳鈷錳三元正極材料,是以LiCoO2為基礎,以Ni、Mn取代部分Co的新型材料。 它既繼承了LiCoO2的穩定性、LiNiO2的高可逆容量,也繼承了LiMnO2的高安全性。

磷酸鐵鋰(LiFePO4):具有橄欖石結構,不含鈷、鎳等貴重元素,原料價格低廉,地殼中磷、鐵、鋰資源豐富,可滿足市場年產量超過百萬噸。 需要。

負極

目前負極材料有石墨材料、硬碳材料、軟碳材料、鈦酸鋰、矽基材料等,其中石墨負極材料應用最多,矽基負極材料應用最廣。

石墨負極材料:主要由石墨組成,具有高導電率、高能量密度、化學穩定性佳、製造成本低等特性。 它分為天然石墨和人造石墨兩種。

硬碳材料:硬碳是經過高溫處理後不石墨化的碳。 其內部晶體排列無序,層間距較大。 這使得硬碳負極能夠在相同體積內儲存更多的電荷,並提高電池的能量。 密度和耐力。

軟碳材料:軟碳通常是指在2500℃以上容易石墨化的碳。 其有序度高,充放電電位平台低且穩定,具有充放電容量大、效率高、循環性能好等優點。 。

鈦酸鋰:白色粉末,具有較高的鋰離子脫嵌電位(1.55V vs Li/Li+),作為電極材料安全性高; 此外,該材料是一種「零應變」電極材料,在鋰離子嵌入和脫嵌的過程中,材料的結構幾乎沒有變化,理論上具有無限的循環壽命。

矽基材料:主要分為奈米矽和氧化矽。 矽基負極對應的兩條路線是矽碳負極和矽氧負極。

黏合劑

黏合劑包括聚偏二氟乙烯(PVDF)和丁苯橡膠(SBR)。 PVDF可用於正極和負極,SBR通常用於負極。

導電劑

在鋰電池中,導電劑是用來確保電極​​良好的充放電性能的試劑。 它們收集活性材料之間以及活性材料與集流體之間的微電流,然後在鋁箔和銅箔等集流體上收集微電流。 斷路器上形成大電流,並最終輸送至用電器。 常用的導電劑包括炭黑、氣相生長碳纖維(VGCF)和碳奈米管(CNT)。

固體電解質

常見的粉末狀固體電解質:

高純度二硫化鍺粉末(GeS2):白色粉末,具有離子電導率高、化學穩定性高、壽命長等優點。 它具有極高的純度,可以達到99.99%甚至99.999%的純度。

鋰鑭鋯氧氧化物(LLZO):具有優異的離子電導率,高達1.5×10-4

S/cm,可用於固態鋰電池的製備。

鋰鑭鋯鉭氧氧化物(LLZTO):具有高離子電導率、優異的化學穩定性和熱穩定性。

此外,還有其他固態電解質粉末,如硫酸鋇、鋰磷硫氯化物高穩定性硫化物固態電解質、鋰鍺磷硫硫化物固體電解質等。

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