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聚合物鋰離子電池正極材料研究進展

發(fā)布時間:2018-04-12 15:08:25編輯:LANBTS來源:百度文庫

    作為20世紀(jì)中期產(chǎn)生并迅速發(fā)展起來的新型綠色能源,鋰離子電池相較于傳統(tǒng)的MH-NI電池,鉛酸電池,鎳鎘電池等二次電池具有諸多優(yōu)勢,如工作電壓高(鋰離子電池工作電壓大于3.6V,而鉛酸蓄電池為2.0V,MH-NI電池,鎳鎘電池則只有1.2V)、體積/質(zhì)量比能量高、使用溫度范圍寬、循環(huán)壽命長、綠色環(huán)保、無記憶效應(yīng)、自放電率低以及可大電流充放電等等。鋰離子電池優(yōu)越的性能使得它在實際應(yīng)用中范圍很廣,從日常生活的數(shù)碼產(chǎn)品、家用電器中的小容量電池,到動力汽車、航天、軍工中的大容 量高功率電池,都有著鋰離子電池的身影。


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     聚合物鋰離子電池,是指由正極(鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、磷酸鐵鋰、三元材料等)、負(fù)極(石墨、碳纖維、玻璃碳等)、聚合物電解質(zhì)(純固態(tài)聚合物電解質(zhì),凝膠聚合物電解質(zhì),復(fù)合聚合物電解質(zhì))、隔膜以及保護電路組成的二次電池,此處的聚合物強調(diào)的是電解質(zhì)材料。通常來講,聚合物鋰離子電池和液態(tài)鋰離子電池所用的正極負(fù)極材料是一致的。而在鋰離子電池產(chǎn)品組成部分中,正極材料占據(jù)著重要的地位,因為鋰離子電池是正村限制電池(正極的容量決定電池最終的容量),同時正極材占有較大的質(zhì)量比例(正負(fù)極材料的質(zhì)量比為3:1-4:1),正極材料的好壞,直接影響鋰離子電池最終的性能,其成本也直接決定電池成本高低??梢哉f,正極材料是整個鋰離子電池技術(shù)的核心和關(guān)鍵。

     鋰離子電池正極材料一般應(yīng)該滿足如下條件:

(1)正極材料應(yīng)有較高的電極電位,使電池有較高的輸出電壓;

(2)鋰離子能夠在正極材料中大量地可逆地嵌入和脫嵌,以使電池有高的容量;

(3)在鋰離子嵌入/脫嵌過程中,正極材料的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能不發(fā)生變化或發(fā)生輕微變化,以保證電池良好的循環(huán)性能;

(4)正極的氧化還原電位在鋰離子的嵌入/脫嵌過程中變化應(yīng)盡可能小,使電池的電壓不會發(fā)生顯著變化,以保證電池平穩(wěn)地充電和放電;

(5)正極材料在鋰離子的嵌入/脫嵌過程中材料結(jié)構(gòu)不發(fā)生塌陷,使電池的電壓不會發(fā)生顯著變化,以保證電池安全性;

(6)正極材料應(yīng)有較高的電導(dǎo)率,能使電池大電流地充電和放電;

(7)正極不與電解質(zhì)等發(fā)生化學(xué)反應(yīng);

(8)鋰離子在電極材料中應(yīng)有較大的擴散系數(shù),便于電池快速充電和放電;

(9)價格便宜,對環(huán)境無污染。

    現(xiàn)有的鋰離子電正極材料有很多種類,目前已經(jīng)市場化的產(chǎn)品包括鈷酸鋰(層狀)、鎳酸鋰(層狀)、錳酸鋰(尖晶石型)、磷酸鐵鋰和三元材料等。隨著科技的發(fā)展也有新型材料陸續(xù)出現(xiàn),如正硅酸鹽類正極材料,含V正極材料,有機物正極材料以及其他新型鋰離子電池正極材料。

   正極材料的實驗過程一般會使用到LANBTS藍博電池測試系統(tǒng),型號:BT2013A、BT2016A

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