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常見的鋰離子電池負(fù)極材料有哪些?

常見的鋰離子電池負(fù)極材料有哪些?

發(fā)布人:負(fù)極材料-格瑞普 發(fā)布時(shí)間:2023-12-08 瀏覽次數(shù):702

  負(fù)極材料是鋰離子電池的重要原材料之一,對(duì)于鋰離子電池的能量密度、循環(huán)性能、充放電倍率以及低溫放電性能具有較大影響。負(fù)極材料在鋰離子電池成本中占比15%。鋰電池負(fù)極材料主要分為碳材料和非碳材料,下面介紹下幾類主要材料的特性。

負(fù)極材料


  1、天然石墨

  天然石墨一般采用天然鱗片石墨為原料,經(jīng)過改性處理制成球形天然石墨使用。天然石墨雖然應(yīng)用廣泛,但存在幾個(gè)缺點(diǎn):

  ①表面缺陷多,首次效率較低

  ②天然石墨具有強(qiáng)烈的各項(xiàng)異性,鋰離子僅能從端面嵌入,倍率性能差一些

  2、人造石墨

  人造石墨一般采用致密的石油膠或真狀膠作為前驅(qū)體制成,避免了天然石墨的表面缺陷,但仍存在因晶體各項(xiàng)異性導(dǎo)致倍率性能差、低溫性能差、充電易吸離等問題。石墨化中間相炭微球的優(yōu)點(diǎn)是本身具有球狀結(jié)構(gòu),堆積密度大,具有層狀分子平行排列結(jié)構(gòu),有利于鋰離子的嵌入和拖欠,比表面積小,減少充電時(shí)電解液在其表面生成 SEI 膜等負(fù)反應(yīng)引起的不可逆容量損失,提高首次庫輪效率。缺點(diǎn)是電極電位過低,大電流充放電易形成鋰枝晶,沉積在電極表面,刺破隔膜,造成電池短路,引起安全問題。

  3、軟碳

  軟碳又稱為易石墨化碳材料。軟碳首次充放電時(shí)不可逆容量較高,輸出電壓較低,無明顯的充放電平臺(tái),因此一般不獨(dú)立作為負(fù)極材料使用,通常作為負(fù)級(jí)材料包覆物或者組分使用。

  4、硬碳

  硬碳,又稱難石墨化碳材料,硬碳具有極好的充放電性能,正成為負(fù)極材料新的研究熱點(diǎn)。但是硬碳首次不可逆容量很高,電壓平臺(tái)之后壓實(shí)密度低,容易產(chǎn)氣,也是其不可忽視的缺點(diǎn)。

  5、鈦酸鋰

  鈦酸鋰材料充放電時(shí)鋰離子的嵌入脫出對(duì)其晶型結(jié)構(gòu)幾乎不產(chǎn)生影響,避免了充放電過程中材料伸縮導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)變化,從而具有極高的電化學(xué)穩(wěn)定性和循環(huán)壽命。鈦酸鋰首次效率高,低溫充電性能優(yōu)異,可零下 40 攝氏度充電,但是因?yàn)榭巳萘康?,電壓平臺(tái)低,導(dǎo)致電池比能量低。

  6、硅基負(fù)極材料

  優(yōu)勢(shì):硅在自然界儲(chǔ)量豐富,成本相對(duì)較低,對(duì)環(huán)境友好

  不足:脫嵌鋰過程中體積變化引起的電極粉化、剝落等問題,導(dǎo)致電池性能急劇下降,循環(huán)穩(wěn)定性差,形成的 SEI 膜不穩(wěn)定,容易脫落,造成庫侖效率較低。

  7、錫基材料

  錫基材料由于其在嵌脫里時(shí)發(fā)生相變和合金反應(yīng),產(chǎn)生巨大的體積膨脹效應(yīng),材料粉碎結(jié)構(gòu)受到破壞,容量急劇衰退,其循環(huán)性能差,因而其倍率性能也比較差。

  8、合金材料

  合金材料具有較高的比容量和能量密度,可以實(shí)現(xiàn)更高的電池能量?jī)?chǔ)存。合金材料在充放電過程中可以通過合金化反應(yīng)機(jī)制儲(chǔ)鈉,但存在一定的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性問題。目前,研究人員正在尋找解決合金材料結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性問題的方法,以實(shí)現(xiàn)其在電池中的大規(guī)模應(yīng)用。

  以上就是常見的鋰離子電池負(fù)極材料有哪些的介紹,鋰離子電池負(fù)極材料的研究和應(yīng)用發(fā)展迅速,碳負(fù)極材料特別是石墨材料仍將是負(fù)極材料的首選和主流。同時(shí),非碳負(fù)極材料如硅基材料、合金材料和錫基材料等具有較高的比容量和能量密度,是下一代鋰離子電池負(fù)極材料的研究熱點(diǎn)。未來,隨著技術(shù)的進(jìn)步和研究的深入,鋰離子電池負(fù)極材料將呈現(xiàn)出多樣化和高性能化的特點(diǎn)。

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