聚合物电池技术分析
来源：宝鄂实业
2020-01-14 19:51
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聚合物电池技术分析
锂电池的结构
锂离子电池的正极和负极活性物质都是嵌入化合物。充电时，锂离子从正极析出，通过电解液插入负极。相反，锂离子电池实际上是通过在两个电极之间来回插入和释放来充电和放电的，因此被称为“摇椅电池”(缩写为RCB)。反应图和基本方程如下:
聚合物电池技术
聚合物电池技术
阳极材料
锂离子电池的特性和价格与其正极材料密切相关，一般来说，正极材料应满足:在所需的充放电电势范围内，与电解质溶液具有电化学相容性;温和电极过程动力学;高可逆性;4. 在全锂条件下，良好的空气稳定性。随着锂离子电池的发展，高性能、低成本的阴极材料的研究也在不断地进行。目前的研究主要集中在锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物等锂过渡金属氧化物。
聚合物电池阴极材料
锂离子电池三种主要正极材料的比较
锂钴氧化物(LiCoO2)属于串联nafeo2型结构，具有二维层状结构，适用于锂离子的去嵌入。锂离子电池制备工艺简单，性能稳定，比容量高，循环性能好，目前大多数商用锂离子电池都采用LiCoO2作为正极材料。合成方法主要有高温固相合成法和低温固相合成法，以及草酸沉淀法、溶胶-凝胶法、冷热法、有机混合法等软化学方法。
锂镍氧化物(LiNiO2)是一种具有良好高温稳定性的岩盐型结构化合物。由于自放电率低，对电解液要求低，无污染，资源相对丰富，价格合理，是一种很有前途的替代锂钴氧化物的阴极材料。目前，主要通过Ni (NO3) 2、Ni (OH) 2、NiCO3、NiOOH和LiOH、LiNO3和LiCO3的固相反应合成LiNiO2。比LiCoO2 LiNiO2合成困难,其主要原因是高温条件下的化学计量比LiNiO2容易分解成Li1 - xNi1 + xO2,多余的锂镍离子之间NiO2平面层,防止锂离子扩散,将影响材料的电化学活性,同时Ni3 +比二氧化碳+很难得到,因此合成应在氧气气氛[2]。
锂锰氧化物是对传统阴极材料的一种改性。目前广泛应用的尖晶石LixMn2O4具有三维隧道结构，更适合于锂离子去包埋。锂锰氧化物原料丰富，成本低，无污染，抗过充性好，热安全性好，对电池安全保护装置的要求相对较低。因此，它被认为是最有前途的锂离子电池正极材料。锰的溶解、jahn-teller效应和电解液的分解是导致锂离子电池容量损失的主要原因。
阳极材料
锂离子电池的容量在很大程度上取决于锂嵌在正极中的数量，而正极材料应满足以下要求:(1)锂在去嵌电极过程中电位变化小，且接近金属锂;比容量高;更高的充放电效率;无论在电极材料内部还是表面，Li+都具有很高的扩散速率。更高的结构、化学和热稳定性;它既便宜又容易准备。目前，锂离子电池正极材料的研究工作主要集中在碳材料和其他具有特殊结构的金属氧化物材料。
制备阴极材料的一般方法如下:(1)将软碳在一定温度下加热，得到高度石墨化的碳;(2)特殊结构的交联树脂经高温分解得到硬碳;(3)有机物的高温热分解和含氢碳聚合物的制备。
