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锂离子电池负极材料

2019-06-14


锂离子电池

锂离子电池负极材料:(1)碳材料:石墨化碳材料、无定型碳材料。如石墨、软碳、中间相碳微球已在国内有开发和研究,硬碳、碳纳米管、巴基球C60等多种碳材料正在被研究中。(2)其它材料:氮化物、硅基材料、锡基材料、新型合金、纳米氧化物等。

锂离子电池负极材料对比表

锂离子电池负极材料对比表

负极材料:多采用石墨。新的研究发现钛酸盐可能是更好的材料。负极反应:放电时锂离子脱插,充电时锂离子插入。充电时:xLi+xe6C-LixC6放电时:LixC6→xLi+xe+6C大体分为以下几种:

第一种是碳负极材料:石墨化碳材料、无定型碳材料。如石墨、软碳、中间相碳微球已在国内有开发和研究,硬碳、碳纳米管、巴基球C60等多种碳材料正在被研究中。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。同第二种是锡基负极材料: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。

第三种是含锂过渡金属氮化物负极材料,没有商业化产品。

第四种是合金类负极材料:包括锡基合金、硅基合金、褚基合金、铝基合金、梯基合金、镁基合金和其它合金,没有商业化产品。

第五种是纳米级负极材料:纳米碳管、纳米合金材料。

第六种纳米材料是纳米氧化物材料:目前合肥翔正化学科技有限公司根据2009年锂电池新能源行业的市场发展最新动向,诸多公司已经开始使用纳米氧化钛和纳米氧化硅添加在以前传统的石墨,锡氧化物,纳米碳管里面,极大的提高锂电池的冲放电量和充放电次数。

几个与锂离子电池负极材料有关的概念

电化学容量:单位质量的活性物质充电或放电到最大程度时的电量,一般用mAh/g表示。

不可逆容量损失:在充放电过程中,电极的充放电效率低于100%,及放电的电化学容量低于充电,损失的部分被称为不可逆容量损失。电极电位:理想的负极材料的电极电位应与金属锂接近,随锂的嵌入量不同变化不大。石墨的电极电位在0.4V到0.0V之间变化,是比较合适的负极材料。

充放电倍率:反应电池充放电的快慢。

循环性:电极材料在反复充放电过程中保持电化学容量的能力。电池循环性与电极材料的结构稳定性、化学稳定性、热稳定性有关。

锂离子电池负极材料存在问题

(1)电压滞后,即锂的嵌入反应在0~0.25V之间进行(相对于Li+/Li)而脱嵌反应则在1V左右发生;

(2)理论上还需进一步深化。这有赖于各种高纯度、结构规整的原料及碳材料的制备和更为有效的结构表征方法的建立。

锂离子电池负极材料发展方向

(1)更小的纳米尺度的嵌锂微结构。

(2)制备高纯度和规整的微结构碳负极材料。

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