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锂电池正负极材料是什么?锂电池正负极的原理
浏览:3 次 发布日期:2021-01-24

锂电池正负极材料是什么?

锂电池的主要构成材料包括电解液、隔离材料、正负极材料等。正极材料是决定锂电池性能的关键材料之一,也是目前商业化锂离子电池中主要的锂离子来源,其性能和价袼对锂离子电池的影响较大。

锂离子电池负极材料为碳素材料,锂离子电池正极材料是含锂的化合物,没有金属锂存在,只有锂离子,这就是锂离子电池。锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称。锂离子电池的充放电过程,就是锂离子的嵌入和脱嵌过程。

锂电池正极(阴极)二氧化锰是主要成分,用来产生充放电的化学反应、添加成分是为了提高锂电池的性能。锂电池负极(阳极)金属锂或其合金金属为负极材料,这些东西涂在铜箔上、负极上发生的。在锂电池正极材料当中,最常用的材料有钴酸锂,锰酸锂,磷酸铁锂和三元材料(镍钴锰的聚合物)。

锂电池负极材料的种类繁多,根据化学组成可以分为金属类负极材料、无机非金属类负极材料及金属氧化物类负极材料。

(1)金属类负极材料:这类材料多具有超高的嵌锂容量。最早研究的负极材料是金属锂。由于电池的安全问题和循环性能不佳,金属锂作为负极材料并未得到广泛应用。近年来,合金类负极材料得到了比较广泛的研究,如锡基合金,铝基合金、镁基合金、锑基合等,是一个新的方向。

(2)无机非金属类负极材料:用作锂电池负极无机非金属材料主要是碳材料、硅材料及其它非金属复合材料。

(3)过渡金属氧化物材料:这类材料一般具有结构稳定,循环寿命长等优点,如锂过渡氧化物(钛酸锂等)、锡基复合氧化物等。

就当前的市场而言,在大规模商业化应用方面,负极材料仍然以碳材料为主,石墨类和非石墨类碳材料都有应用。在汽车及电动工具领域,钛酸锂作为负极材料也有一定的应用,主要是具有非常优异的循环寿命、安全性和倍率性能,但是会降低锂电池的能量密度,因此不是市场主流。

锂电池正负极材料的原理

1、正极构造

LiCoO2+导电剂+粘合剂(PVDF)+集流体(铝箔)

2、负极构造

石墨+导电剂+增稠剂(CMC)+粘结剂(SBR)+集流体(铜箔)

常见的正极材料主要成分为LiCoO2,充电时,加在电池两极的电势迫使正极的化合物释出锂离子,嵌入负极分子排列呈片层结构的碳中.放电时,锂离子则从片层结构的碳中析出,重新和正极的化合物结合。

总结:锂电池的正极材料通常有锂的活性化合物组成,负极材料则是特殊分子结构的碳。因此研究高能锂电池的关键技术是采用在充放电过程中能可逆地嵌脱锂离子的正、负极材料。


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