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锂電(diàn)池系分類及材料介紹

發布時(shí)間(jiān):2018-02-28

      通(tōng)常人(rén)們俗稱其為(wèi)锂電(diàn)池,锂電(diàn)池又(yòu)分多種锂系列,如锂離子(zǐ)電(diàn)池和(hé)锂金(jīn)屬電(diàn)池(金(jīn)屬锂),以锂合金(jīn)或锂金(jīn)屬作(zuò)為(wèi)負極材料的(de)一種電(diàn)池,最早在1912年(nián)便由Gilbert N. Lewis提出。    


     锂金(jīn)屬電(diàn)池為(wèi)一次電(diàn)池(不可充電(diàn)),相(xiàng)比其他(tā)锂電(diàn)池系,锂金(jīn)屬電(diàn)池對(duì)加工(gōng)、保存、環境、寬溫條件(jiàn)的(de)要求高(gāo)。金(jīn)屬锂在循環過程中會有(yǒu)锂枝晶的(de)産生(shēng),而且金(jīn)屬锂十分活潑,容易與空氣中的(de)氧氣和(hé)水(shuǐ)分等發生(shēng)反應,并且金(jīn)屬锂不能耐高(gāo)溫,給電(diàn)池的(de)組裝和(hé)應用帶來(lái)困難,所以這(zhè)類锂電(diàn)池必須采用非水(shuǐ)電(diàn)解質,它們通(tōng)常由有(yǒu)機(jī)溶劑和(hé)無機(jī)鹽組成,以不與锂和(hé)電(diàn)池其他(tā)材料發生(shēng)持續的(de)化(huà)學反應為(wèi)原則。


     非水(shuǐ)電(diàn)解質常用:LiClO4、LiAsF6、LiAlCl4、LiBF4、LiBr、LiCl等無機(jī)鹽作(zuò)锂電(diàn)池的(de)電(diàn)解質,而有(yǒu)機(jī)溶劑則一般是用PC、EC、DME、BL、THF、AN、MF中的(de)二、三種混合作(zuò)為(wèi)有(yǒu)機(jī)溶劑使用。


      锂電(diàn)池系的(de)正極活性物(wù)質常用的(de)有(yǒu):固态鹵化(huà)物(wù)如氟化(huà)銅(CuF2)、氯化(huà)銅(CuCl2)、氯化(huà)銀(AgCl)、聚氟化(huà)碳((CF)4),固态硫化(huà)物(wù)如硫化(huà)銅(CuS)、硫化(huà)鐵(tiě)(FeS)、二硫化(huà)鐵(tiě)(FeS2),固态氧化(huà)物(wù)如二氧化(huà)錳(MnO2)、氧化(huà)銅(CuO)、三氧化(huà)钼(MoO3)、五氧化(huà)二釩(V2O5),固态含氧酸鹽如鉻酸銀(Ag2CrO4)、铋酸鉛(Pb2Bi2O5),固态鹵素如碘(I2),液态氧化(huà)物(wù)如二氧化(huà)硫(SO2),液态鹵氧化(huà)物(wù)如亞硫酰氯(SOCl2)。因此,锂一次電(diàn)池有(yǒu)很(hěn)多系列,常見的(de)有(yǒu)锂-二氧化(huà)錳、锂-硫化(huà)銅、锂-氟化(huà)碳、锂-二氧化(huà)硫和(hé)锂-亞硫酰氯等。


锂離子(zǐ)電(diàn)池是一種二次電(diàn)池(充電(diàn)電(diàn)池),它主要依靠锂離子(zǐ)在正極和(hé)負極之間(jiān)移動來(lái)工(gōng)作(zuò)。在充放(fàng)電(diàn)過程中,Li+ 在兩個(gè)電(diàn)極之間(jiān)往返嵌入和(hé)脫嵌:充電(diàn)時(shí),它是把锂離子(zǐ)嵌入碳(石油焦炭和(hé)石墨)中形成負極(傳統锂電(diàn)池用锂或锂合金(jīn)作(zuò)負極),石油焦炭和(hé)石墨作(zuò)負極材料無毒,且資源充足,锂離子(zǐ)嵌入碳中,克服了锂的(de)高(gāo)活性,解決了傳統锂電(diàn)池存在的(de)安全問(wèn)題,負極處于富锂狀态;放(fàng)電(diàn)時(shí)則相(xiàng)反。


正極材料常用LiCoO2,LiNiO2,和(hé)LiMnO4 電(diàn)解液用LiPF6+二乙烯碳酸酯(EC)+二甲基碳酸酯(DMC),正極LiNiO2在充、放(fàng)電(diàn)性能和(hé)壽命上(shàng)均能達到較高(gāo)水(shuǐ)平,使成本降低(dī),總之锂離子(zǐ)電(diàn)池的(de)綜合性能提高(gāo)了。


鋼殼/鋁殼/圓柱/軟包裝系列:

(1)正極——活性物(wù)質一般為(wèi)錳酸锂或者钴酸锂,鎳钴錳酸锂材料,電(diàn)動自(zì)行車則普遍用鎳钴錳酸锂(俗稱三元)或者三元+少量錳酸锂,純的(de)錳酸锂和(hé)磷酸鐵(tiě)锂則由于體(tǐ)積大、性能不好(hǎo)或成本高(gāo)而逐漸淡出。導電(diàn)極流體(tǐ)使用厚度10--20微(wēi)米的(de)電(diàn)解鋁箔。

(2)隔膜——一種經特殊成型的(de)高(gāo)分子(zǐ)薄膜,薄膜有(yǒu)微(wēi)孔結構,可以讓锂離子(zǐ)自(zì)由通(tōng)過,而電(diàn)子(zǐ)不能通(tōng)過。

(3)負極——活性物(wù)質為(wèi)石墨,或近(jìn)似石墨結構的(de)碳,導電(diàn)集流體(tǐ)使用厚度7-15微(wēi)米的(de)電(diàn)解銅箔。

(4)有(yǒu)機(jī)電(diàn)解液——溶解有(yǒu)六氟磷酸锂的(de)碳酸酯類溶劑,聚合物(wù)的(de)則使用凝膠狀電(diàn)解液。

        (5)電(diàn)池外(wài)殼——分為(wèi)鋼殼(方型很(hěn)少使用)、鋁殼、鍍鎳鐵(tiě)殼(圓柱電(diàn)池使用)、鋁塑膜(軟包裝)等,還(hái)有(yǒu)電(diàn)池的(de)蓋帽,也是電(diàn)池的(de)正負極引出端。因此,锂離子(zǐ)電(diàn)池有(yǒu)很(hěn)多系列,常見的(de)有(yǒu)钴酸锂電(diàn)池三元锂電(diàn)池、聚合物(wù)锂電(diàn)池、碳酸锂電(diàn)池、磷酸鐵(tiě)锂電(diàn)池以及未來(lái)車企理(lǐ)想固态電(diàn)池等。

   

     1983年(nián)M.Thackeray、J.Goodenough等人(rén)發現(xiàn)錳尖晶石是優良的(de)正極材料,具有(yǒu)低(dī)價、穩定和(hé)優良的(de)導電(diàn)、導锂性能。其分解溫度高(gāo),且氧化(huà)性遠(yuǎn)低(dī)于钴酸锂,即使出現(xiàn)短路(lù)、過充電(diàn),也能夠避免了燃燒、爆炸的(de)危險。

     

      1989年(nián),A.Manthiram和(hé)J.Goodenough發現(xiàn)采用聚合陰離子(zǐ)的(de)正極将産生(shēng)更高(gāo)的(de)電(diàn)壓。


      1992年(nián)日(rì)本索尼公司發明(míng)了以炭材料為(wèi)負極,以含锂的(de)化(huà)合物(wù)作(zuò)正極的(de)锂電(diàn)池,在充放(fàng)電(diàn)過程中,沒有(yǒu)金(jīn)屬锂存在,隻有(yǒu)锂離子(zǐ),這(zhè)就是锂離子(zǐ)電(diàn)池。随後,锂離子(zǐ)電(diàn)池革新了消費(fèi)電(diàn)子(zǐ)産品的(de)面貌。此類以钴酸锂作(zuò)為(wèi)正極材料的(de)電(diàn)池,至今仍是便攜電(diàn)子(zǐ)器(qì)件(jiàn)的(de)主要電(diàn)源。


      1996年(nián)Padhi和(hé)Goodenough發現(xiàn)具有(yǒu)橄榄石結構的(de)磷酸鹽,如磷酸鐵(tiě)锂(LiFePO4),比傳統的(de)正極材料更具安全性,尤其耐高(gāo)溫,耐過充電(diàn)性能遠(yuǎn)超過傳統锂離子(zǐ)電(diàn)池材料。

 

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