鋰離子電池工作原理,鋰離子電池正負極材料

來源：存能電氣  日期：2019-05-08 13:25  瀏覽量：次

　　鋰離子電池工作原理，鋰離子電池正負極材料。鋰離子電池是一種可充電二次電池，鋰電池的正極材料、負極材料、電解質(zhì)、隔膜被稱為鋰電池的四個最核心材料。正負極材料主要功能是使鋰離子較自由的脫出/嵌入，從而實現(xiàn)充放電功能。

　　鋰離子電池工作原理

　　鋰離子電池是一種二次電池（充電電池），它主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。在充放電過程中，Li+在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌：充電時，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負極，負極處于富鋰狀態(tài)；放電時則相反。

　　鋰離子電池以碳素材料為負極，以含鋰的化合物作正極，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子。鋰離子電池是指以鋰離子嵌入化合物為正極材料電池的總稱。鋰離子電池的充放電過程，就是鋰離子的嵌入和脫嵌過程。

　　在鋰離子的嵌入和脫嵌過程中，同時伴隨著與鋰離子等當量電子的嵌入和脫嵌。在充放電過程中，鋰離子在正、負極之間往返嵌入/脫嵌和插入/脫插，被形象地稱為“搖椅電池”

　　鋰離子電池能量密度大，平均輸出電壓高。自放電小，每月在10%以下。沒有記憶效應(yīng)。工作溫度范圍寬為-20℃～60℃。循環(huán)性能優(yōu)越、可快速充放電、充電效率高達100%，而且輸出功率大。使用壽命長。沒有環(huán)境污染，被稱為綠色電池。

　　鋰離子電池的應(yīng)用范圍

　　近年來，鋰離子電池的應(yīng)用范圍越來越廣泛，鋰電池廣泛應(yīng)用于水力、火力、風力和太陽能電站等儲能電源系統(tǒng)，以及電動工具、電動自行車、電動摩托車、電動汽車、軍事裝備、航空航天等多個領(lǐng)域。目前鋰電池已逐步向電動自行車、電動汽車等領(lǐng)域拓展。

　　鋰電池的應(yīng)用領(lǐng)域主要包括5大方面

　　一、交通動力電源

　　二、電力儲能電源

　　三、移動通信電源

　　四、新能源儲能動力電源

　　五、航天軍工電源

　　鋰離子電池正負極材料

　　正極材料在鋰電池的總成本中占據(jù)40%以上的比例。鋰離子電池正極材料是含有鋰的過度金屬氧化物，屬于一類功能陶瓷材料。對于用于鋰離子電池的材料來說，鋰離子必須能夠在晶體中自由的擴散，晶體結(jié)構(gòu)決定了鋰離子的移動維數(shù)。目前正在使用和開發(fā)的鋰電池正極材料中，以過渡金屬氧化物所表現(xiàn)出的性能最佳，主要有：層狀鹽結(jié)構(gòu)的鈷酸鋰、鎳鈷酸鋰、鎳錳酸鋰和鎳錳鈷酸鋰三元材料，尖晶石型的錳酸鋰，橄欖石型的磷酸鐵鋰等鋰錳氧化物。

　　正極材料一直是鋰離子電池核心，它的選擇直接決定了電池性能的高低。正極材料的選擇主要是，可逆脫鋰和嵌鋰的過渡金屬氧化物，是鋰離子電池的重要成分之一。鋰離子正極材料主要以氧化物為主，目前研制成功并得到應(yīng)用的正極材料主要有鈷酸鋰、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。

　　鋰電池負極材料的發(fā)展是高比容量、高充放電效率、高循環(huán)性能和較低成本。鋰電池主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。鋰電池負極材料的能量密度是影響鋰電池能量密度的主要因素之一。

　　高性能負極材料的研究成為當前鋰離子動力電池最為活躍的板塊之一。鋰電池負極材料目前處于鋰離子電池產(chǎn)業(yè)中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。按鋰離子電池成本比例，負極材料占比鋰電池總成本的25%～28%。現(xiàn)階段，鋰離子電池負極材料主要有碳材料、過渡金屬的氧化物、合金材料、硅材料及其他含硅材料，含鋰的過渡金屬的氮化物以及鈦酸鋰材料。各種材料的比容量和性質(zhì)又各不相同。

　　按照材料的組分，通常可以將鋰電池負極材料分為2大類：碳材料和非碳質(zhì)材料。碳材料負極進一步分類為天然石墨負極、人造石墨負極、中間相碳微球(MCMB)、軟炭(如焦炭)負極、硬炭負極、碳納米管、石墨烯、碳纖維等;其他非碳負極材料主要分為硅基及其復(fù)合材料、氮化物負極、錫基材料、鈦酸鋰、合金材料等。

　　鋰離子電池可以說是目前世界上應(yīng)用最成熟最廣泛的新能源，鋰離子電池具有比能量高、儲能效率高和壽命長等優(yōu)點，近年來逐步占據(jù)電動汽車、儲能系統(tǒng)以及移動電子設(shè)備的主要市場份額。鋰離子電池將會是最受歡迎的電池之一。以上就是小編為大家整理的鋰電池工作原理、應(yīng)用及正負極材料介紹，歡迎來電存能電氣，會有專業(yè)人士為您進行解答。