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鋰離子電池有什么組成部分

鉅大LARGE  |  點擊量:216次  |  2020年10月13日  

摘要
一、在負極材料部分,鋰電池的負極材料主要是:  A、石墨系碳(graphite)  a、天然石墨  b、人工石墨  c、類石墨(如 MCMB , Meso Carbon Micro Beads)  B

一、在負極材料部分,鋰離子電池的負極材料重要是:


A、石墨系碳(graphite)


a、天然石墨


b、人工石墨


c、類石墨(如MCMB,MesoCarbonMicroBeads)


B、非石墨碳材(如焦碳系,coke)


由于石墨系的重量能量密度較高且材料結構具較高的規則性,所以第一次放電的不可逆電容量會較低,另外石墨系負極材料具有平穩工作電壓用途,對電子產品的使用和充電器的設計較具優勢。而另一種類的焦炭系與碳黑系﹝carbonblack﹞的負極材料在第一次充放電反應的不可逆電容量很高,此材料可以在較高的C-rate下作充放電,放電曲線較斜,有利于使用電壓監控電池容量的消耗。


石墨為層狀結構,由碳網平面沿C軸堆積而成,層間距為3.36A。平面碳層由碳原子呈六角形排列并向二維方向延伸,碳層間以弱的范德華力結合,鋰嵌在碳層之間


石墨的實際比容量為320340mAh/g。平均嵌鋰電位約為0.1V(VSLi+/Li),第一周充放電效率約為8284%,迴圈性能好,且價格低廉(<10元/Kg)。


★石墨類的製備:


①中間相碳微球(MesophaseCarbonMicroBeads,MCMB)是用煤焦油瀝青、石油重質油等在350500℃溫度下加熱并經分離、洗滌、乾燥和分級等過程制得的平均粒徑6-10微米的碳微球,然后于28000C下進行石墨化熱處理制得的碳材料。其外形呈球形,晶體結構同石墨基本一致。


MCMB的實際比容量約為310330mAh/g,平均嵌鋰電位約為0.15V(VSLi+/Li),第一周充放電效率約為88%90%,迴圈性及大電流性能好,是目前為止最為理想的負極材料,但價格昂貴(約300元/Kg)


②氣相成長碳纖(Vapor-GrownCarbonFiber,VGCF)是以碳氫化合物經化學蒸鍍(CVD)反應,再用不同溫度經熱處理而成


★非石墨類的製備:


①可石墨化碳類----軟碳:重要為焦碳﹝Coke﹞類,可由瀝青或煤渣而來。


②不可石墨化類----硬碳(最具發展潛力)。硬碳不易石墨化。是一種與石墨不同的近似非晶結構的碳材料,晶體尺寸較小,通常在幾個納米以下,呈無規則排列,有細微空隙存在,是利用高分子先驅物(polymerprecursor),在不同溫度下經熱解所形成的無次序碳材而得到。其重要特點:嵌鋰容量高,一般可達600mAh/g以上。問題:


I.第一周充放電效率低,一般不超過60%。


II.迴圈性能差。


C、錫基金屬間化合物及複合物、錫基複合氧化物


Sn與Li能可逆地形成組成為Li4.4Sn的合金,七十年代開始就引起了人們的廣泛關注。由于Sn貯鋰脫鋰過程體積膨脹超過200%,極易引起電極粉化,導致迴圈性能迅速衰減。如何穩定材料結構,防止電極粉化是一直以來研究的重點。


近年來,人們發現將Sn均勻的分佈在對鋰惰性的金屬或化合物、複合物中,可較好地緩沖電極的膨脹,抑制電極粉化問題,從而獲得比較好的迴圈性能。


D、過渡金屬氮化物(LiMN,M=Co,Ni,Cu等)


Li2.6Co0.4N為層狀結構,Li2N形成層面鋰嵌入在層間,Co替代部分鋰穩定結構。其具有非常高的嵌鋰容量(約900mAh/g),較好的迴圈性能,較合理的嵌鋰電位(平均嵌鋰電位0.3V(VS.Li+/Li))


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