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聚合物锂离子电池正极材料研究进展

发布时间:2018-04-12 15:08:25编辑:LANBTS来源:百度文库

    作为20世纪中期产生并迅速发展起来的新型绿色能源,锂离子电池相较于传统的MH-NI电池,铅酸电池,镍镉电池等二次电池具有诸多优势,如工作电压高(锂离子电池工作电压大于3.6V,而铅酸蓄电池为2.0V,MH-NI电池,镍镉电池则只有1.2V)、体积/质量比能量高、使用温度范围宽、循环寿命长、绿色环保、无记忆效应、自放电率低以及可大电流充放电等等。锂离子电池优越的性能使得它在实际应用中范围很广,从日常生活的数码产品、家用电器中的小容量电池,到动力汽车、航天、军工中的大容 量高功率电池,都有着锂离子电池的身影。


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     聚合物锂离子电池,是指由正极(钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、磷酸铁锂、三元材料等)、负极(石墨、碳纤维、玻璃碳等)、聚合物电解质(纯固态聚合物电解质,凝胶聚合物电解质,复合聚合物电解质)、隔膜以及保护电路组成的二次电池,此处的聚合物强调的是电解质材料。通常来讲,聚合物锂离子电池和液态锂离子电池所用的正极负极材料是一致的。而在锂离子电池产品组成部分中,正极材料占据着重要的地位,因为锂离子电池是正村限制电池(正极的容量决定电池最终的容量),同时正极材占有较大的质量比例(正负极材料的质量比为3:1-4:1),正极材料的好坏,直接影响锂离子电池最终的性能,其成本也直接决定电池成本高低。可以说,正极材料是整个锂离子电池技术的核心和关键。

     锂离子电池正极材料一般应该满足如下条件:

(1)正极材料应有较高的电极电位,使电池有较高的输出电压;

(2)锂离子能够在正极材料中大量地可逆地嵌入和脱嵌,以使电池有高的容量;

(3)在锂离子嵌入/脱嵌过程中,正极材料的结构应尽可能不发生变化或发生轻微变化,以保证电池良好的循环性能;

(4)正极的氧化还原电位在锂离子的嵌入/脱嵌过程中变化应尽可能小,使电池的电压不会发生显著变化,以保证电池平稳地充电和放电;

(5)正极材料在锂离子的嵌入/脱嵌过程中材料结构不发生塌陷,使电池的电压不会发生显著变化,以保证电池安全性;

(6)正极材料应有较高的电导率,能使电池大电流地充电和放电;

(7)正极不与电解质等发生化学反应;

(8)锂离子在电极材料中应有较大的扩散系数,便于电池快速充电和放电;

(9)价格便宜,对环境无污染。

    现有的锂离子电正极材料有很多种类,目前已经市场化的产品包括钴酸锂(层状)、镍酸锂(层状)、锰酸锂(尖晶石型)、磷酸铁锂和三元材料等。随着科技的发展也有新型材料陆续出现,如正硅酸盐类正极材料,含V正极材料,有机物正极材料以及其他新型锂离子电池正极材料。

   正极材料的实验过程一般会使用到LANBTS蓝博电池测试系统,型号:BT2013A、BT2016A

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