鋰離子電池正負極材料的差別

負極重要是用的石墨，是C的一種，正極使用的過度金屬的氧化物，如鈷酸鋰或者是錳酸鋰，磷酸鐵鋰等。

正極的電位高于負極，兩者的電勢差構(gòu)成了電池的電壓。

鋰離子電池正極材料

正極材料是決定鋰離子電池性能的關(guān)鍵材料之一，也是目前商業(yè)化鋰離子電池中重要的鋰離子來源，其性能和價袼對鋰離子電池的影響較大。目前研制成功并得到應(yīng)用的正極材料重要有鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、三元材料鎳鈷錳酸鋰(NCM)和鎳鈷鋁酸鋰(NCA)等。

1、鈷酸鋰

鈷酸鋰由于具有生產(chǎn)工藝簡單和電化學(xué)性能穩(wěn)定等優(yōu)勢，所以最先實現(xiàn)商品化。同時由于鈷酸鋰具有工作電壓高、充放電電壓平穩(wěn)，適合大電流充放電，比能量高、循環(huán)性能好等優(yōu)點，在要小型充電電池的領(lǐng)域中具有重要應(yīng)用。鈷酸鋰正極材料的缺點是價格昂貴，實際比容量僅為其理論容量的274mAh/g的50%左右；鈷酸鋰的循環(huán)壽命已達到1000次，但仍有待于進一步提高；此外鈷酸鋰的抗過充電性能較差，在較高充電電壓下比容量迅速降低。

2、三元材料

近幾年來層狀嵌鋰多元過渡金屬復(fù)合型正極材料發(fā)展迅速，尤其是含有鈷鎳錳三種元素的新型過渡金屬嵌鋰氧化物復(fù)合材料。

3、錳酸鋰

與鈷酸鋰和鎳酸鋰相比，錳酸鋰具有安全性好、耐過充性好、原料錳的資源豐富、價格低廉及無毒性等優(yōu)點，是很有發(fā)展前途的一種正極材料。層狀錳酸鋰用作鋰離子電池正極材料的缺點是雖然容量很高，但在高溫下不穩(wěn)定，而且在充放電過程中易向尖晶石結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致容量衰減過快。

4、磷酸鐵鋰

隨著動力鋰電池的發(fā)展，國內(nèi)廠家大多傾向于采用磷酸鐵鋰材料。它是一類新型的鋰離子電池用正極材料。該類材料具有高的能量密度、低廉的價格、優(yōu)異的安全性等特點，特別適用于動力鋰電池。它的出現(xiàn)是鋰離子電池材料的一項重大突破，現(xiàn)已成為各國競相研究的熱點。目前磷酸鐵鋰被認為是最有發(fā)展前途的動力鋰電池正極材料。由于磷酸鐵鋰生產(chǎn)技術(shù)門檻很高，大多數(shù)生產(chǎn)廠商在批量生產(chǎn)時產(chǎn)品的穩(wěn)定性難以保證。它的缺點是電阻率較大，電極材料利用率低。因此研究工作重要集中在解決其導(dǎo)電率問題上。此外磷酸鐵鋰的專利問題也是其產(chǎn)業(yè)過程中的一個要解決的問題。

鋰離子電池負極材料

鋰離子電池重要負極材料有錫基材料、鋰基材料、鈦酸鋰、碳納米材料、石墨烯材料等。鋰離子電池負極材料的能量密度是影響鋰離子電池能量密度的重要因素之一。

1、碳納米管

碳納米管是一種石墨化結(jié)構(gòu)的碳材料，自身具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能，同時由于其脫嵌鋰時深度小、行程短，作為負極材料在大倍率充放電時極化用途較小，可提高電池的大倍率充放電性能。

然而，碳納米管直接作為鋰離子電池負極材料時，會存在不可逆容量高、電壓滯后及放電平臺不明顯等問題。如Ng等采用簡單的過濾制備了單壁碳納米管，將其直接作為負極材料，其首次放電容量為1700mAh/g，可逆容量僅為400mAh/g。

2、石墨烯

2004年英國Manchester大學(xué)研究者首次發(fā)現(xiàn)石墨烯材料，并獲得諾貝爾獎。石墨烯是一種由碳六元環(huán)形成的新型碳材料，具有很多優(yōu)異的性能，如大比表面、高導(dǎo)熱系數(shù)、高電子導(dǎo)電性和良好的機械性能，被作為鋰離子電池材料而備受關(guān)注。

3、鈦酸鋰

尖晶石型鈦酸鋰被作為一種備受關(guān)注的負極材料，因具有如下優(yōu)點：

1)鈦酸鋰在脫嵌鋰前后幾乎零應(yīng)變；

2)嵌鋰電位較高(1.55V)，防止鋰枝晶出現(xiàn)，安全性較高；

3)具有很平坦的電壓平臺；

4)化學(xué)擴散系數(shù)和庫倫效率高。

4、硅基材料

硅作為鋰離子電池理想的負極材料，具有如下優(yōu)點：

1)硅可與鋰形成Li4.4Si合金，理論儲鋰比容量高達4200mAh/g(超過石墨比容量的10倍)；

2)硅的嵌鋰電位(0.5V)略高于石墨，在充電時難以形成鋰枝晶；

3)硅與電解液反應(yīng)活性低，不會發(fā)生有機溶劑的共嵌入現(xiàn)象。