锂离子电池材料的发展趋势
来源：宝鄂实业
2020-04-06 12:35
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锂离子电池的工作原理是在正极和负极之间移动锂离子。在锂离子电池的充放电过程中，主要取决于锂离子的运动。在充电过程中，锂离子从正极分离出来，通过电解液嵌入到负极中。放电过程原理与充电过程一致。
锂是金属中最轻的元素，原子量为6.94，密度为0.534g/cm3，放电容量为3860mAh/g。
锂离子电池主要由正极、负极和内部的电解液组成。隔膜是一种特殊的聚合物膜，具有微孔，便于锂离子自由通过;阴极也一般采用活性物质，常用的是石墨或类似碳结构的材料;有机电解质通常溶解在含有六氟磷酸锂的溶剂中。电池外壳通常由钢壳、铝壳或铝塑料薄膜制成。
2. 锂离子电池的工作原理
目前，锂离子电池在市场上得到了广泛的应用。该电池具有能量密度大、平均输出电压高、循环性能好等优点，能够满足快速充放电的要求。锂离子电池的效率可达100%，使用寿命长。与一些传统电池不同，它不含有毒物质，减少了对环境的污染。
锂离子电池的负极通常由碳材料制成。正极通常是含有锂的化合物，锂是锂离子电池中唯一的活性物质。锂离子电池在充电过程中，正极产生锂离子，然后电解质向负极移动。碳材料中的孔隙促进了锂离子的运动。在碳材料的孔隙中嵌入的锂离子越多，电池的充电能力就越高。同样，在放电过程中，锂离子从负极中析出越多，电池的放电容量就越高。
4. 锂离子电池材料的开发
4.1阳极材料
早期锂离子电池一般采用金属锂，虽然金属锂有一定的优点，但是材料在充放电过程中容易引起短路或爆炸，安全性能较低。随着科学技术的发展，目前的研究主要集中在四种材料上:碳材料、金属氧化物、金属氮化物和纳米硅。碳材料的使用促进了锂离子的运动。天然石墨材料容量大，嵌入位置多，便于锂离子移动，但对电解液敏感。人造碳材料有一定的杂质。由于硬碳材料的不可逆转性较大，在使用时经常会加入一些其他元素，如钾和硼，从而提高了它们的容量。金属氧化物作为一种新型阳极材料，具有良好的循环稳定性和高稳定性。氮化金属作为负极，具有良好的化学稳定性、可逆储备和高的充放电能力。
4.2阴极材料
目前使用最多的是LiCoO2。该材料稳定性好，制造工艺简单。然而，也有一些问题。在实际使用中，为了提高材料的安全性，一般采用镍或锰来代替钴。LiNiO2材料为层状结构，一般用Al、Ga等金属元素代替Ni，以提高其稳定性。
4.3电解液材料
电解质在锂离子电池中起着重要的作用。对于电解质，要求其具有良好的化学稳定性，在高温下不易分解，导电性高。目前市场上大部分使用的是液态电解质，其溶剂为无水有机物。锂离子电池一般采用锂盐/混合碳酸盐溶剂构成液体电解质，但液体电解质有严重的缺点，容易泄漏;相比之下，使用固体电解质可以避免液体电解质的泄漏，其安全性能更高，具有更好的灵活性和稳定性，其缺点是离子的导电性较低。
