鋰離子電池正極材料

1)鈦酸鋰

尖晶石型鈦酸鋰被認(rèn)為是一種具有以下優(yōu)點(diǎn)的陰極材料:

1)脫鋰前后鈦酸鋰幾乎零應(yīng)變;

2)嵌入鋰具有高電位(1.55v)，防止出現(xiàn)鋰枝晶，安全性高;

3)具有非常平坦的電壓平臺(tái);

4)化學(xué)擴(kuò)散系數(shù)高，庫侖效率高。

鈦酸鋰的許多優(yōu)點(diǎn)決定了它具有優(yōu)異的循環(huán)性能和較高的安全性，但其電導(dǎo)率不高，大電流充放電衰減的能力嚴(yán)重，通常采用表面改性或摻雜來提高其電導(dǎo)率。

(2)硅基材料

作為理想的鋰離子電池正極材料，硅具有以下優(yōu)點(diǎn):硅可以與鋰形成Li4.4Si合金，鋰的理論存儲(chǔ)容量高達(dá)4200mAh/g(比石墨容量的10倍以上);硅的嵌入鋰電勢(0.5v)略高于石墨，因此充電時(shí)很難形成鋰枝晶。硅與電解質(zhì)的反應(yīng)活性較低，不會(huì)發(fā)生有機(jī)溶劑共包埋。

碳納米管

碳納米管是一種石墨化結(jié)構(gòu)的碳材料，具有良好的導(dǎo)電性。同時(shí)，由于脫鋰時(shí)深度小，行程短，作為負(fù)極材料，在大倍率充放電時(shí)極化效應(yīng)小，可以提高鋰離子電池大倍率充放電性能。但當(dāng)碳納米管直接用于鋰離子電池正極材料時(shí)，會(huì)出現(xiàn)不可逆容量大、電壓滯后、放電平臺(tái)不明顯等問題。

碳納米材料(碳納米管和石墨烯)具有比表面積、高導(dǎo)電性和化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，在新型鋰離子電池中具有潛在的應(yīng)用前景。

(4)軟碳

軟碳，可在高溫(>-2500℃)下石墨化的非晶碳。軟碳材料的突出優(yōu)點(diǎn)是可逆比容量高，一般大于300mAh/g，與有機(jī)溶劑的相容性更好，所以鋰離子電池循環(huán)穩(wěn)定性好，更適合高電流密度的鋰離子電池充放電。軟碳是指能在2500℃以上高溫下石墨化的非晶碳。

硅烯作為鋰離子電池正極材料的優(yōu)點(diǎn)

硅烯是一種通過分子束外延和固相反應(yīng)制備的多孔層狀硅材料。由于硅烯中硅原子間的鍵長遠(yuǎn)大于石墨烯中碳原子間的鍵長，所以硅烯中原子的排列具有扭曲的排列結(jié)構(gòu)。

與傳統(tǒng)鉆石結(jié)構(gòu)的硅材料相比,硅賓的層間耦合效應(yīng)是范德華力,為鋰離子供應(yīng)空間之間插入層,確保結(jié)構(gòu)的硅賓不是毀在充電和放電過程中,從而防止問題的電極在充放電過程中體積膨脹的傳統(tǒng)硅電極材料。硅烯陽極材料的穩(wěn)定性和循環(huán)次數(shù)可大大提高。與石墨相比，多層硅烯的晶格常數(shù)更大，其理論容量可達(dá)到石墨的三倍左右。

另外，固相法制備的硅烯中的硅原子和鈣原子交替排列成形成層狀結(jié)構(gòu)，通過局部化學(xué)插層去除鈣原子，得到無襯底的硅烯。該方法制備的硅烯作為鋰離子電池的負(fù)極，具有硅基材料容量大、石墨材料循環(huán)特性好等優(yōu)點(diǎn)，已成為極具潛力的鋰離子電池負(fù)極材料。

隨著先進(jìn)材料和全電動(dòng)汽車的發(fā)展，鋰離子電池的能量密度也在不斷新增。硅具有良好的比容量，是理想的陰極材料。

結(jié)論:近年來，鋰離子電池正極材料正朝著高比容量、長循環(huán)壽命、低成本的方向發(fā)展。隨著鋰離子電池應(yīng)用場景和市場的不斷擴(kuò)大，未來鋰離子電池作為儲(chǔ)能電池的市場應(yīng)用前景將更加廣闊。