鋰離子電池自動(dòng)配料生產(chǎn)線它的性能特點(diǎn)是什么？
發(fā)布日期：2022-04-13 來源：中科科正 瀏覽次數(shù)：763次
鋰離子電池自動(dòng)配料生產(chǎn)線它的性能特點(diǎn)是什么？一、定義：負(fù)極材料，是電池在充電過程中，鋰離子和電子的載體，起著能量的儲(chǔ)存與釋放的作用。在電池成本中，負(fù)極材料約占了5%-15%,是鋰離子電池的重要原材料之一。
二、鋰離子電池自動(dòng)配料生產(chǎn)線作為鋰離子嵌入的載體，負(fù)極材料需滿足以下要求：
1、鋰離子在負(fù)極基體中的插入氧化還原電位盡可能低，接近金屬鋰的電位，從而使電池的輸入電壓高；
2、在基體中大量的鋰能夠發(fā)生可逆插入和脫嵌以得到高容量；
3、在插入/脫嵌過程中，負(fù)極主體結(jié)構(gòu)沒有或很少發(fā)生變化；
4、氧化還原電位隨Li的插入脫出變化應(yīng)該盡可能少，這樣電池的電壓不會(huì)發(fā)生顯著變化，可保持較平穩(wěn)的充電和放電；
5、插入化合物應(yīng)有較好的的電子電導(dǎo)率和離子電導(dǎo)率，這樣可以減少極化并能進(jìn)行大電流充放電；
6、主體材料具有良好的表面結(jié)構(gòu)，能夠與液體電解質(zhì)形成良好的SEI；
7、插入化合物在整個(gè)電壓范圍內(nèi)具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，在形成SEI后不與電解質(zhì)等發(fā)生反應(yīng)；
8、鋰離子在主體材料中有較大的擴(kuò)散系數(shù)，便于快速充放電；
9、從實(shí)用角度而言，材料應(yīng)具有較好的經(jīng)濟(jì)性以及對(duì)環(huán)境的友好性。
三、碳基負(fù)極
四、硅基負(fù)極材料主要分為兩大類：
1、晶體硅材料；
優(yōu)勢(shì)：容量高，（4200mAh/g（Li4.4Si））
劣勢(shì)：體積膨脹可達(dá)300%，這不僅僅會(huì)導(dǎo)致Si負(fù)極的顆粒破碎，還會(huì)破壞電極的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)和粘接劑網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致活性物質(zhì)損失，從而嚴(yán)重影響硅負(fù)極材料的循環(huán)性能，
解決Si材料體積膨脹大的問題的思路主要有三個(gè)：
1）納米化：納米顆?？梢院芎玫臏p少體積膨脹對(duì)材料顆粒和電極造成的破壞，但比表大影響首效發(fā)揮；而且該方法成本較高，工藝制程復(fù)雜，制備難度較大。
2）特殊形狀的Si晶體材料電池自動(dòng)配料生產(chǎn)線，例如蜂窩狀材料，樹枝狀的Si材料，利用Si材料自身的形變吸收充放電過程中的體積變化，改善Si材料的循環(huán)性能；但壓實(shí)密度較小，工藝流程復(fù)雜，制備困難。
3）Si/C復(fù)合材料，通過Si與石墨材料復(fù)合，利用石墨材料緩沖Si材料在循環(huán)過程中的體積變化，以改善Si材料的循環(huán)性能。雖然預(yù)留了膨脹空間，改善了循環(huán)性能，但是壓實(shí)密度小，且工業(yè)化難度大。目前中南大學(xué)的學(xué)者利用噴霧干燥法制備了硅、石墨、碳納米管和瀝青的復(fù)合Si負(fù)極材料。
2、氧化亞硅材料
氧化亞硅：體積膨脹小，但首效過低。SiOx材料體積膨脹要遠(yuǎn)小于晶體硅材料，但是其膨脹水平仍然要遠(yuǎn)高于石墨類材料，因此SiOx材料的研制工作仍然要著重考慮體積膨脹問題，減少在循環(huán)過程中材料的顆粒破碎和粉化，提高材料的循環(huán)壽命。因此納米化也是SiOx材料常用的方法；還有利用高能球磨法對(duì)SiOx材料進(jìn)行了處理，減小了SiOx材料的粒徑，從而提升了材料的循環(huán)和倍率性能，但該材料的首次效率僅為63%。為了從本質(zhì)上提高SiOx材料的首次效率，韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院KAIST開發(fā)了一種Si-SiOx-C復(fù)合結(jié)構(gòu)的硅負(fù)極材料，納米Si顆粒分散在在SiOx顆粒中，顆粒表面包覆了一層多孔碳材料。電化學(xué)測(cè)試表明該材料具有優(yōu)良的電化學(xué)性能，在0.06C下可逆容量達(dá)到1561.9mAh/g，首次效率達(dá)到80.2%，1C循環(huán)100次，容量保持率可達(dá)87.9%。
五、鋰金屬負(fù)極材料
金屬鋰，是密度最小的金屬之一了，標(biāo)準(zhǔn)電極電位-3.04V，理論比容量3860mAh/g，從這個(gè)數(shù)據(jù)看，僅次于硅的4200mAh/g了。應(yīng)用領(lǐng)域鋰硫電池（2600wh/kg）、鋰空氣電池（11680wh/kg）等。
鋰金屬電池有著很高的容量表現(xiàn)，但是使用中，由于存在鋰枝晶、負(fù)極沉淀、負(fù)極副反應(yīng)現(xiàn)象，嚴(yán)重影響電池的安全，故而現(xiàn)階段處于概念性階段。
鋰硫電池，硫也是自然界存在非常廣泛的元素，鋰硫電池較高的能量密度（2600wh/kg）有可能作為下一代鋰電池研發(fā)的重心。
鋰空氣電池，鋰空氣電池具有很高的能量密度（11680wh/kg），接近燃油的能量密度，環(huán)境友好，反應(yīng)生成物為水。
六、鈦酸鋰負(fù)極材料
鈦酸鋰，尖晶石結(jié)構(gòu)，電位平臺(tái)1.5V，三維離子擴(kuò)散通道，晶格穩(wěn)定，理論容量176mAh/g。該材料具有高安全、高倍率、長(zhǎng)壽命的特點(diǎn)。相對(duì)石墨，他具有更高的離子擴(kuò)散率，高安全，長(zhǎng)壽命，可是他的導(dǎo)電能力差，需要 碳包覆和摻雜改性；電位高，與高電位正極材料只能形成2.4-2.6V電壓，需降低鈦酸鋰電位（金屬取代部分Ti）；理論容量偏低，176mAh/g相對(duì)于石墨的372mAh/g，容量上就沒有優(yōu)勢(shì)可言了。
七 、對(duì)比
1、鋰離子電池負(fù)極材料未來將向著高容量、高能量密度、高倍率性能、高循環(huán)性能等方面發(fā)展。
2、現(xiàn)階段鋰離子動(dòng)力電池負(fù)極材料基本上都是石墨類碳負(fù)極材料，對(duì)石墨類碳負(fù)極材料進(jìn)行表面包覆改性，增加與電解液的相容性、減少不可逆容量、增加倍率性能也是當(dāng)下提升的一個(gè)重點(diǎn)。
3、負(fù)極材料鈦酸鋰，對(duì)其進(jìn)行摻雜，提高電子、離子傳導(dǎo)率是作為現(xiàn)階段一個(gè)重要的改進(jìn)方向。
4、硬碳、軟碳、合金等負(fù)極材料，雖然由較高的容量，但是循環(huán)穩(wěn)定性問題還在困擾著我們，對(duì)其的改性研究仍在探索改善中，由于市場(chǎng)對(duì)高能量密度電芯的需求加速，可能會(huì)催促該類材料的研發(fā)和應(yīng)用。
5、鋰金屬負(fù)極，雖然具有很高的能量密度，但是其存在的固有的鋰枝晶等安全問題尚無行之有效的解決辦法，其大規(guī)模的實(shí)際應(yīng)用尚需時(shí)日。
（資料來源于網(wǎng)絡(luò)）
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