鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:874次 | 2022年12月12日
現(xiàn)在的鋰電池負(fù)極材料的特點(diǎn)以及發(fā)展方向
隨著全球多樣化的發(fā)展,我們的生活也在不斷變化著,包括我們接觸的各種各樣的電子產(chǎn)品,那么你一定不了解這些產(chǎn)品的一些組成,比如鋰離子電池負(fù)極材料。
隨著煤炭,石油和天然氣等不可再生能源的枯竭,以及由其燃燒引起的環(huán)境污染,能源和環(huán)境已成為影響當(dāng)今世界可持續(xù)發(fā)展的兩個重要問題。為了解決這兩個問題,迫切要開發(fā)新的可再生綠色能源來替代傳統(tǒng)的化石燃料。鋰離子電池作為新一代的儲能設(shè)備,具有能量密度高,工作電壓高,循環(huán)壽命長,環(huán)境污染小,無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。它是目前最有前途的儲能設(shè)備之一。[1]作為鋰離子電池的核心組件,電極材料決定了鋰離子電池的性能,負(fù)極材料在鋰離子電池中起著至關(guān)重要的用途。因此,近年來負(fù)極材料的研究成為熱點(diǎn)。
鋰離子電池負(fù)極材料的全球銷量約為10萬噸,重要銷往我國和日本。根據(jù)當(dāng)前新能源汽車的上升趨勢,對陽極材料的需求將繼續(xù)上升。目前,全球鋰離子電池負(fù)極材料仍以天然/人造石墨為主,新型負(fù)極材料如中碳微球(MCMB),鈦酸鋰,硅基負(fù)極,HC/SC和鋰金屬也在迅速上升。
負(fù)極材料是決定鋰離子電池性能的關(guān)鍵因素之一,目前商業(yè)化鋰離子電池采用的負(fù)極材料重要包括:①石墨類碳材料,分為天然石墨、人造石墨;②無序碳材料,包括硬碳和軟碳;③鈦酸鋰材料;④硅基材料,重要分為碳包覆氧化亞硅復(fù)合材料、納米硅碳復(fù)合材料、無定形硅合金。
隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和技術(shù)的飛速發(fā)展,電子產(chǎn)品的普及已達(dá)到歷史最高水平。作為重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一,電動汽車的發(fā)展促進(jìn)了電池性能的提高,但也對電池提出了更高的要求,包括提高能量密度和延長循環(huán)壽命。當(dāng)前對陽極材料的研究集中于新型碳材料,硅基材料,錫基材料及其氧化物陽極材料。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
鋰離子在負(fù)極矩陣中的插入氧化還原電勢盡可能低,接近金屬鋰的電勢,因此電池的輸入電壓高;基質(zhì)中的大量鋰可以可逆地插入和脫嵌以獲得高容量;在去嵌入過程中,負(fù)極的重要結(jié)構(gòu)不變或很少變化。隨著鋰的插入和去除,氧化還原電勢的變化應(yīng)盡可能小,以使電池電壓不會顯著變化,并且可以保持穩(wěn)定的充電和放電。
與傳統(tǒng)的碳材料相比,新型碳材料目前在商業(yè)上被廣泛用作鋰離子電池的常規(guī)碳材料,但其理論容量低,越來越不能滿足鋰離子電池的發(fā)展需求。新型碳材料,例如碳納米管,石墨烯等,由于其特殊的一維和二維柔性結(jié)構(gòu),出色的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性,在鋰離子電池應(yīng)用中具有巨大的潛力。
石墨具有許多優(yōu)良的性能,因此廣泛用于冶金,機(jī)械,電氣,化工,紡織,特種和其他工業(yè)部門,例如石墨模具,石墨電極,石墨耐火材料,石墨潤滑材料,石墨密封材料等。我國是世界上石墨儲量最豐富的國家,也是最大的生產(chǎn)國和出口國,在世界石墨工業(yè)中占有重要地位。根據(jù)國土資源部的統(tǒng)計,我國有結(jié)晶石墨儲量3085萬噸,基礎(chǔ)儲量5280萬噸。隱晶石墨儲量為1358萬噸,基本儲量為2371萬噸。我國的石墨儲量占世界的70%以上。
石墨是目前鋰離子電池最常用的負(fù)極材料。由于石墨的層狀結(jié)構(gòu),鋰離子只能與sp2雜化的碳六元環(huán)相互用途形成LiC6。通過該計算,石墨的理論比容量為372mA·h。/G。關(guān)于石墨烯,片材的兩面均可同時存儲鋰離子,因此理論容量可達(dá)到740mA·h/g。研究表明,鋰可能以Li2共價分子的形式嵌入無序碳材料中,形成LiC2。通過該鋰存儲機(jī)理計算出的石墨烯的理論比容量為1116mA·h/g。綜上所述,石墨烯的鋰離子存儲容量比石墨高得多,因此,作為鋰離子電池負(fù)極材料具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
在研究設(shè)計過程中,一定會有這樣或著那樣的問題,這就要我們的科研工作者在設(shè)計過程中不斷總結(jié)相關(guān)經(jīng)驗(yàn),這樣才能促進(jìn)產(chǎn)品的不斷革新。