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鋰電池的組成材料有哪幾種類型?

鉅大LARGE  |  點擊量:8870次  |  2018年07月14日  

摘要
鋰電池的一般是由正極材料和負極材料組成的。正極材料包含有鎳酸鋰、錳酸鋰、三元、酸鋰、磷酸亞鐵鋰等,而負極材料一般是有無定形碳材料、石墨化碳材料、硅基材料、氮化物、新型合金等。

鋰電池的一般是由正極材料和負極材料組成的。正極材料包含有鎳酸鋰、錳酸鋰、三元、酸鋰、磷酸亞鐵鋰等,而負極材料一般是有無定形碳材料、石墨化碳材料、硅基材料、氮化物、新型合金等。


另外如果按照鋰電池組成的化學物質來查找那就更多了。如一般組成的電解液、CMC、鈷酸鋰、隔膜、PVDF、高溫膠紙、NMP、石墨類負極、SBR、草酸、銅箔、鋁箔等這些是鋰電池的組成材料。


一種制備鋰電池正極材料的方法,特征在于包括混合在溶液中可釋放磷酸鹽離子的化合物和金屬鐵,溶解金屬鐵,隨后焙燒,因此合成磷酸鐵。上述方法進一步包括使原料混合物反應,同時將其研磨變小或者回流,可生產具有細粒直徑和顯示高活性的磷酸鐵正極材料,并利用在焙燒之前具有細粒直徑的前體。


鋰電池外殼合金材料構造有著顯著的安全性能考慮,這種安全性能可以用材質厚度與鼓脹系數來表示。同樣容量的鋰電池之所以比鋼殼的輕,就是因為鋁殼可以做的更薄。從鋰電池的工作機理來看,充電時,鋰離子脫嵌,正極體積膨脹;放電時,鋰離子從正極嵌入,負極膨脹;都會造成實體膨脹,通過適當的合金配方可以降低鼓脹系數。


還有就是不銹鋼剛殼,這種材料制成的電池外殼也算是比較多的。不銹鋼是不銹耐酸鋼的簡稱,耐空氣、蒸汽、水等弱腐蝕介質或具有不銹性的鋼種稱為不銹鋼;而將耐化學腐蝕介質(酸、堿、鹽等化學浸蝕)腐蝕的鋼種稱為耐酸鋼。


深圳亞陸行新能源材料廠家專業研發生產動力電池鋁殼,動力電池鋁殼,鋰電池外殼,動力電池蓋板/蓋帽/頂蓋,方形/圓柱形鋰離子電池鋁殼.獨立產業園區,高端生產設備,保證產品性能與品質.


中國電動車行業車用電池中用鋰電池主流是三種鐵鋰,錳鋰,三元。


錳鋰1.價格便宜。2.低溫性能好,在零下負20度放電能有90%以上的效率。3.安全性能佳。


但他1.高溫度性能差2.循環壽命低(一般正常使用壽命大概在300到400次)3.克比容量低(112)4.倍率放電差(如車子上坡和快速啟動時候,對該類電池影響很大)


三元1.價格是三種材料最貴的2.容量高(150.可以節省體積)3.循環壽命佳(600到700次)4.倍率放電佳


但他1.安全性能是三個中最差的(特別是用鋼殼的)2.目前中國電池行業對該材料的掌握還不成熟,用的不多.


鐵鋰1.價格中2.容量中(130)3.循環壽命高(1500次左右)4.高溫性能好5.倍率放電好


但他1.價格不便宜2.低溫性能不好3.在電動汽車上才能充分體現其優越的性能(能6分鐘充滿電,能20倍放電)


一、鋰電池按外型分:有方型鋰電(如常用的手機電池電芯)和柱形(如18650);


二、.鋰電池外包材料分:鋁殼鋰電池,鋼殼鋰電池,軟包電池;


三、.鋰電池從正負極材料(添加劑)分:沽酸鋰(LiCoO2)電池或錳酸鋰(LiMn2O4),磷酸鐵鋰電池,一次性二氧化錳鋰電池;另一分:鋰離子LIB,聚合物PLB


四、.不同的性能用途方面分:


一次性---鋰錳電池--扣式3伏電池


高容量(高平臺)--用在手機數碼產品上


高倍率;---用在電動車和電動工具上及飛機模型


高溫;---礦燈,室上燈飾,機器內置后備電源;


低溫;---室外環境,北方(冬天)南極;


中國電動車行業車用電池中用鋰電池主流是三種鐵鋰,錳鋰,三元。


錳鋰1.價格便宜。2.低溫性能好,在零下負20度放電能有90%以上的效率。3.安全性能佳。


但他1.高溫度性能差2.循環壽命低(一般正常使用壽命大概在300到400次)3.克比容量低(112)4.倍率放電差(如車子上坡和快速啟動時候,對該類電池影響很大)


三元1.價格是三種材料最貴的2.容量高(150.可以節省體積)3.循環壽命佳(600到700次)4.倍率放電佳


但他1.安全性能是三個中最差的(特別是用鋼殼的)2.目前中國電池行業對該材料的掌握還不成熟,用的不多.


鐵鋰1.價格中2.容量中(130)3.循環壽命高(1500次左右)4.高溫性能好5.倍率放電好


但他1.價格不便宜2.低溫性能不好3.在電動汽車上才能充分體現其優越的性能(能6分鐘充滿電,能20倍放電)


三元聚合物鋰電池是指正極材料使用鋰鎳鈷錳三元正極材料的鋰電池,鋰離子電池的正極材料有很多種,主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等。三元材料綜合了鈷酸鋰、鎳酸鋰和錳酸鋰三類材料的優點,具有容量高、成本低、安全性好等優異特性,其在小型鋰電中逐步占據一定的市場份額,并在動力鋰電領域具有良好的發展前景。


對鋰電池而言,鈷金屬是必不可少的材料。但是金屬鈷一方面價格高昂,一方面存在毒性,無論技術領先的日韓企業還是國產電池廠商近年來都致力于電池“少鈷化”。在這種趨勢下,以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽為原料制備而成的鎳鈷錳酸鋰三元材料漸漸受到推崇。從化學性質角度出發,三元材料屬于過度金屬氧化物,電池的能量密度較高。


盡管在三元材料中,鈷的作用仍不可缺少,但質量分數通??刂圃?0%左右,成本顯著下降。而且同時兼具鈷酸鋰和鎳酸鋰的優點。隨著近年來國內外廠商不斷加碼生產,以三元材料為正極材料的鋰電池取代商用鈷酸鋰的趨勢已十分明顯。


大到電動汽車,小到智能手機、可穿戴設備或者充電寶,這種新型技術都完全適用。特斯拉[微博]最早將三元電池應用在電動汽車上,ModelS續航里程能夠達到486公里,電池容量達到85kWh,采用了8142個3.4AH的松下18650型電池。工程師將這些電池以磚、片的形式逐一平均分配最終組成一整個電池包,電池包位于車身底板。


從全球范圍來看,各方對三元材料的研發生產都在不斷推進。在這個過程中,材料性能大幅提升,應用領域也一再拓展。日、韓企業是三元材料電池研發的佼佼者。國內三元材料生產從2005年左右起步,目前也已出現了十多家規模企業。


磷酸鐵鋰


磷酸鐵鋰作為鋰動力電池材料是近幾年才出現的事,國內開發出大容量磷酸鐵鋰電池是2005年。其安全性能與循環壽命是其它材料所無法相比的,這些也正是動力電池最重要的技術指標。1C充放循環壽命達2000次。單節電池過充電壓30V不燃燒,穿刺不爆炸。磷酸鐵鋰正極材料做出大容量鋰離子電池更易串聯使用,以滿足電動車頻繁充放電的需要。


磷酸鐵鋰具有無毒、無污染、安全性能好、原材料來源廣泛、價格便宜,壽命長等優點,是新一代鋰離子電池的理想正極材料。磷酸鐵鋰電池也有其缺點,例如磷酸鐵鋰正極材料的振實密度較小,等容量的磷酸鐵鋰電池的體積要大于鈷酸鋰等鋰離子電池,因此在微型電池方面不具有優勢。


由于磷酸鐵鋰材料的固有特點,決定其低溫性能劣于錳酸鋰等其他正極材料。一般情況下,對于單只電芯(注意是單只而非電池組,對于電池組而言,實測的低溫性能可能會略高,這與散熱條件有關)而言,其0℃時的容量保持率約60~70%,-10℃時為40~55%,-20℃時為20~40%。這樣的低溫性能顯然不能滿足動力電源的使用要求。當前一些廠家通過改進電解液體系、改進正極配方、改進材料性能和改善電芯結構設計等使磷酸鐵鋰的低溫性能有所提升。


電池存在一致性問題。單體磷酸鐵鋰電池壽命目前超過2000次,但電池組的壽命會大打折扣,有可能是500次。因為電池組是由大量單體電池串并而成,其工作狀態好比一群人用繩子綁在一起跑步,即使每個人都是短跑健將,如果大家的動作一致性不高,隊伍就跑不快,整體速度甚至比跑得最慢的單個選手的速度還要慢。電池組同理,只有在電池性能高度一致時,壽命發揮才能接近單體電池的水平。


錳酸鋰


錳酸鋰是較有前景的鋰離子正極材料之一,相比鈷酸鋰等傳統正極材料,錳酸鋰具有資源豐富、成本低、無污染、安全性好、倍率性能好等優點,是理想的動力電池正極材料,但其較差的循環性能及電化學穩定性卻大大限制了其產業化。錳酸鋰主要包括尖晶石型錳酸鋰和層狀結構錳酸鋰,其中尖晶石型錳酸鋰結構穩定,易于實現工業化生產,如今市場產品均為此種結構。尖晶石型錳酸鋰屬于立方晶系,Fd3m空間群,理論比容量為148mAh/g,由于具有三維隧道結構,鋰離子可以可逆地從尖晶石晶格中脫嵌,不會引起結構的塌陷,因而具有優異的倍率性能和穩定性。


如今,傳統認為錳酸鋰能量密度低、循環性能差的缺點已經有了很大改觀(萬力新能典型值:123mAh/g,400次,高循環型典型值107mAh/g,2000次)。表面修飾和摻雜能有效改性其電化學性能,表面修飾可有效地抑制錳的溶解和電解液分解。摻雜可有效抑制充放電過程中的Jahn-Teller效應。將表面修飾與摻雜結合無疑能進一步提高材料的電化學性能,相信會成為今后對尖晶石型錳酸鋰進行改性研究的方向之一。


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