鋰離子電池正負(fù)極材料的差別

負(fù)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(fù)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(jià)袼對(duì)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(shí)現(xiàn)商品化。同時(shí)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(diǎn)，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(diǎn)是價(jià)格昂貴，實(shí)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(dá)到1000次，但仍有待于進(jìn)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(jià)格低廉及無毒性等優(yōu)點(diǎn)，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(diǎn)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(dòng)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(jià)格、優(yōu)異的安全性等特點(diǎn)，特別適用于動(dòng)力鋰電池。它的出現(xiàn)是鋰離子電池材料的一項(xiàng)重大突破，現(xiàn)已成為各國競相研究的熱點(diǎn)。目前磷酸鐵鋰被認(rèn)為是最有發(fā)展前途的動(dòng)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(shí)產(chǎn)品的穩(wěn)定性難以保證。它的缺點(diǎn)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(gè)要解決的問題。

鋰離子電池負(fù)極材料

鋰離子電池重要負(fù)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(fù)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(shí)由于其脫嵌鋰時(shí)深度小、行程短，作為負(fù)極材料在大倍率充放電時(shí)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(fù)極材料時(shí)，會(huì)存在不可逆容量高、電壓滯后及放電平臺(tái)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(fù)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(jiǎng)。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(jī)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(fù)極材料，因具有如下優(yōu)點(diǎn)：

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(tái)；

4)化學(xué)擴(kuò)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(fù)極材料，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1)硅可與鋰形成Li4.4Si合金，理論儲(chǔ)鋰比容量高達(dá)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(shí)難以形成鋰枝晶；

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