锂离子电池的正负极材料有哪些种类?终于清楚了!
锂离子电池正极材料主要包括:锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物和聚阴离子正极材料系列。
我们经常会看到磷酸铁锂,三元等专业的锂离子电池术语,这些都是根据锂离子电池正极材料来区分锂离子电池的类型。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。那么,当前市场上都有哪些常见的正负极材料呢?用他们做锂离子电池,又有哪些优缺点?
1. 正极材料
首先,我们来看看正极材料,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,使锂离子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,使得锂离子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,使得锂离子电池具有长循环寿命;
4) 电导率要高,使得锂离子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,不易分解和发热,使得锂离子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,便于大规模生产;
8) 对环境的污染低,易于回收利用。
当前,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。
基于这些因素考虑,经过工程研究和市场化检验,目前市场常见的正极材料如下表所示:
1. 锂钴氧化物
锂钴氧化物是现阶段商品化锂离子电池中应用最成功、最广泛的正极材料。其在可逆性、放电容量、充放电效率和电压稳定方面是比较好的。
2. 锂镍氧化物
镍酸锂(LiNiO2)为立方岩盐结构,与LiCoO2相同,但其价格比LiCoO2低。LiNiO2理论容量为276mAh/g,实际比容量为140~180mAh/g,工作电压范围为2.5V~4.2V
,无过充或过放电的限制,具有高温稳定性好,自放电率低,无污染,是继LiCoO2之后研究得较多的层状化合物。但LiNiO2作为锂离子电池正极材料存在以下问题亟待研究解决。
3. 锂锰氧化物
我国锰资源储量丰富,而且锰无毒,污染小,因此层状结构的LiMnO2和尖晶石型的LiMn2O4都成为了正极材料研究的热点。
4. 锰镍钴复合氧化物
层状锰镍钴复合氧化物正极材料综合了LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2 三种层状材料的优点,其综合性能优于以上任一单一组分正极材料,存在明显的三元协同效应:通过引入Co,能够减少阳离子混合占位情况,有效稳定材料的层状结构;通过引入Ni,可提高材料的容量;通过引入Mn,不仅可以降低材料成本,而且还可以提高材料的安全性。而LiMnxNiyCo1-x-yO2材料充放电平台略高于LiCoO2,适合现有各类锂离子电池应用产品,有望取代现有各类其他正极材料。
5. 锂钒氧化物
钒为多价态金属,与锂可形成多种氧化物,主要包括层状的LiVO2、LixV2O4、Li1+xV3O8和尖晶石型LiV2O4、反尖晶石型LiVMO4(M=Ni, Co)。
2. 负极材料
相对而言,针对锂离子电池负极材料的研究,没有正极材料那么多,但是负极材料对锂离子电池性能的提高仍起着至关重要的作用,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。
锂离子电池负极材料的种类繁多,根据化学组成可以分为金属类负极材料(包括合金)、无机非金属类负极材料及金属氧化物类负极材料
。
(1)金属类负极材料:
这类材料多具有超高的嵌锂容量。最早研究的负极材料是金属锂。由于电池的安全问题和循环性能不佳,金属锂作为负极材料并未得到广泛应用。近年来,合金类负极材料得到了比较广泛的研究,如锡基合金,铝基合金、镁基合金、锑基合等,是一个新的方向。
(2)无机非金属类负极材料:
用作锂离子电池负极的无机非金属材料主要是碳材料、硅材料及其它非金属的复合材料。
(3)过渡金属氧化物材料:
这类材料一般具有结构稳定,循环寿命长等优点,如锂过渡氧化物(钛酸锂等)、锡基复合氧化物等。
就当前的市场而言,在大规模商业化应用方面,负极材料仍然以碳材料为主,石墨类和非石墨类碳材料都有应用。在汽车及电动工具领域,钛酸锂作为负极材料也有一定的应用,主要是具有非常优异的循环寿命、安全性和倍率性能,但是会降低电池的能量密度,因此不是市场主流。其他类型的负极材料,除了SONY在锡合金方面有产品推出,大多仍以科学研究和工程开发为主,市场化应用的比较少。
就未来的发展趋势而言,如果能有效解决循环性能,硅基材料将可能取代碳材料成为下一代锂离子电池的主要负极材料。锡合金,硅合金等合金类的负极材料,也是一个非常热门的方向,将走向产业化。此外,安全性和能量密度较高的铁氧化物,有可能取代钛酸锂(LTO),在一些长寿命和安全性要求较高的领域,得到广泛应用。
接下来的内容,我们将就锂离子电池与能量相关的两个关键指标:能量密度和充放电倍率,展开一些简短的论述。
能量密度,是单位体积或重量可以存储的能量多少,这个指标当然是越高越好,凡是浓缩的都是精华嘛。充放电倍率,是能量存储和释放的速度,最好是秒速,瞬间存满或释放,召之即来挥之即去。
当然,这些都是理想,实际上受制于各种各样的现实因素,我们既不可能获得无限的能量,也不可能实现能量的瞬间转移。如何不断的突破这些限制,达到更高的等级,就是需要我们去解决的难题。
电池正负极各是什么金属
1、电池正极:镀锌铜帽。负极:锌皮。2、电池的主要构成材料包括电解液、隔离材料、正负极材料等。正极材料占有较大比例(正负极材料的质量比为3: 1~4:1),因为正极材料的性能直接影响着锂离子电池的性能,其成本也直接决定电池成本高低。3、采用微波干燥新技术干燥锂电池正极材料,解决了常规锂电池...
锂离子电池正极和负极是什么材料
正极是铝箔,负极材料石墨。1.钴酸锂 作为正极材料,被应用的时间最早,并且直至目前仍然属于消费电子产品中居于主流的正极材料。钴酸锂与其他正极材料相比较能够看出,其工作过程中电压较高,充电或者放电时电压运行较为平稳,能够符合大电流的要求,具有较强的循环性能,电导效率较高,材料以及锂离子电池...
锂离子电池正负极材料是什么
1. 锂离子电池的负极材料主要是金属锂。2. 在市场上,锂离子电池的负极材料通常是各种碳材料,如石墨。3. 锂离子电池负极材料的研发主要集中在石墨、石焦油、碳纤维、热解炭、炭黑和玻璃炭等。石墨和石油焦炭在这些材料中具有最高的应用价值。4. 石墨类碳材料作为负极的特点包括:插锂电位低且平稳,...
锂电池结构五大组成部分
4. 有机电解液:<!-- 电解液主要由溶解有六氟磷酸锂的碳酸酯溶剂组成,或者使用聚合物凝胶状电解液,以保证锂离子的顺畅移动。5. 电池外壳:<!-- 有多种材质选择,如钢壳(方型较少使用)、铝壳、镀镍铁壳(常见于圆柱形电池)、以及铝塑膜(软包装),外壳还包括电池盖帽,用于连接电池的正负极。
锂离子电池的正负极材料有哪些种类?终于清楚了!
锂离子电池正负极材料有哪些种类?终于清楚了!锂离子电池正极材料主要包括:锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物和聚阴离子正极材料系列。我们经常会看到磷酸铁锂,三元等专业的锂离子电池术语,这些都是根据锂离子电池正极材料来区分锂离子电池的类型。相对来讲,锂离子电池的正、负极材料对电池性能的...
锂离子电池正负极书写格式
锂离子电池的正负极书写格式一般采用+和-的符号来区分。在电池外壳上,常常标有+和-符号,表示正极和负极的位置。电池的正极由锂钴酸锂等金属氧化物材料制成,而负极则由石墨等碳质材料制成。锂离子电池是一种二次电池(充电电池),它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中,Li+...
生产锂电池主要用到哪些原材料
二、非金属原材料 1. 电解质:用以导电的盐类物质,确保电池内部正负极之间的离子导电。常见的电解质包括液态电解质和固态电解质。2. 隔膜:置于电池正负极之间的薄膜,防止正负极直接接触,同时允许离子通过。3. 外壳:保护电池内部结构,防止外部损害,通常采用金属材质制成。三、其他辅助材料 还包括...
锂电池正负极的材料是什么,电解液又是什么物质?
锂离子电池的正极材料通常由锂的活性化合物组成,负极则是特殊分子结构的碳.常见的正极材料主要成分为 LiCoO2 ,充电时,加在电池两极的电势迫使正极的化合物释出锂离子,嵌入负极分子排列呈片层结构的碳中.放电时,锂离子则从片层结构的碳中析出,重新和正极的化合物结合.锂离子的移动产生了电流.化...
锂离子电池正负极材料是什么
是锂离子电池吧?锂电池的负极材料就是金属锂。市面上的锂离子电池负极材料基本就是碳材料,各种碳。具体内容如下:已研究开发的锂离子电池负极材料主要有:石墨、石焦油、碳纤维、热解炭、炭黑、玻璃炭等,其中石墨和石油最有应用价值。石墨类碳材料的插锂特性是:①插锂电位低且平坦,可为锂离子电池...
磷酸铁锂电池负极材料人造石墨还是天然石墨
负极——人造石墨人造石墨是常用的锂离子电池负极材料,其晶体有碳原子组成的六角网状平面规格堆砌而成,具有层状结构。石墨导电性好,结晶度高,锂离子嵌入石墨层厚,形成嵌锂化合LixC6。充放电时,锂在石墨中的脱嵌反应:C6+xLi++xe-=LixC6 电解液电解液是电池重要的组成部分,在电池正负极之间起...
超官丰与: 主要包括:锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物和聚阴离子正极材料系列. 1. 锂钴氧化物 锂钴氧化物是现阶段商品化锂离子电池中应用最成功、最广泛的正极材料.其在可逆性、放电容量、充放电效率和电压稳定方面是比较好的. LiCoO2属...
石阡县13662631536: 锂电池正极材料的介绍 - ?
超官丰与: 锂离子电池的主要构成材料包括电解液、隔离材料、正负极材料等.正极材料占有较大比例(正负极材料的质量比为3: 1~4:1),因为正极材料的性能直接影响着锂离子电池的性能,其成本也直接决定电池成本高低.
石阡县13662631536: 锂电池负极材料大体分为几种? - ?
超官丰与: 锂电池负极材料大概分为六种:碳负极材料、合金类负极材料、锡基负极材料、含锂过渡金属氮化物负极材料、纳米级材料、纳米负极材料. 第一种是碳纳米级材料负极材料: 目前已经实际用于锂离子电池的负极材料基本上都是碳素材料,如...
石阡县13662631536: 现在常用的锂电池一般有哪些正极材料?除了钴酸锂之外 - ?
超官丰与:[答案] 有钴酸锂,三元,锰酸锂,磷酸铁锂,锂亚硫酰氯
石阡县13662631536: 锂电池正负极的材料是什么,电解液又是什么物质 - ?
超官丰与: 锂电池的正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、镍锰钴三元材料及磷酸铁锂等.
石阡县13662631536: 现在常用的锂电池一般有哪些正极材料 - ?
超官丰与: 主要包括:锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物、锂铁氧化物和聚阴离子等正极材料.
石阡县13662631536: 锂离子电池负极材料分类有哪些 - ?
超官丰与: 嵌入型负极材料,合金化型负极材料,转化型负极材料.......
石阡县13662631536: 锂离子电池的正极活性物质都有什么 - ?
超官丰与: 用得最多的是钴酸锂、锰酸锂,还有新的磷酸铁锂
石阡县13662631536: 锂离子电池负极材料的结构特点 - ?
超官丰与: 锂离子电池的负极材料都是一般具有层状结构的单质材料(如石墨等)、层状化合物和多孔材料结构
石阡县13662631536: 锂电池生产所需的原材料有哪些 - ?
超官丰与: 碳负极材料: 已经实际用于锂离子电池的负极材料基本上都是碳素材料,如人工石墨、天然石墨、中间相碳微球、石油焦、碳纤维、热解树脂碳等. 锡基负极材料: 锡基负极材料可分为锡的氧化物和锡基复合氧化物两种.氧化物是指各种价态金属锡的氧化物.没有商业化产品. 氮化物 也没有商业化产品. 合金类 包括锡基合金、硅基合金、锗基合金、铝基合金、锑基合金、镁基合金和其它合金 ,也没有商业化产品. 纳米级 纳米碳管、纳米合金材料.