锂离子电池的化学解析

来源：未知 2019-02-20 13:46 点击量：次

化学解析

概述

和所有化学电池一样，锂离子电池也由三个部分组成：正极、负极和电解质。电极材料都是锂离子可以嵌入(插入)/脱嵌(脱插)的。

正极

正极材料：如上文所述，可选的正极材料很多，主流产品多采用锂铁磷酸盐。不同的正极材料对照：

正极材料	平均输出电压	能量密度
LiCoO2	3.7 V	140 mAh/g
Li2MnO3	3.7 V	100 mAh/g
LiFePO4	3.2 V	130 mAh/g
Li2FePO?F	3.6 V	115 mAh/g

正极反应：放电时锂离子嵌入，充电时锂离子脱嵌。充电时：LiFePO4→ Li1-xFePO4 + xLi ++ xe- 放电时：Li1-xFePO4+ xLi ++ xe- →LiFePO4

负极

负极材料：多采用石墨。新的研究发现钛酸盐可能是更好的材料。负极反应：放电时锂离子脱插，充电时锂离子插入。充电时：xLi + xe + 6C →LixC6 放电时：LixC6 → xLi + xe + 6C

大体分为以下几种：

第一种是碳负极材料：实际用于锂离子电池的负极材料基本上都是碳素材料，如人工石墨、天然石墨、中间相碳微球、石油焦、碳纤维、热解树脂碳等。

第二种是锡基负极材料：锡基负极材料可分为锡的氧化物和锡基复合氧化物两种。氧化物是指各种价态金属锡的氧化物。没有商业化产品。

第三种是含锂过渡金属氮化物负极材料，没有商业化产品。

第四种是合金类负极材料：包括锡基合金、硅基合金、锗基合金、铝基合金、锑基合金、镁基合金和其它合金，没有商业化产品。

第五种是纳米级负极材料：纳米碳管、纳米合金材料。

第六种纳米材料是纳米氧化物材料：根据2009年锂电池新能源行业的市场发展最新动向，诸多公司已经开始使用纳米氧化钛和纳米氧化硅添加在以前传统的石墨，锡氧化物，纳米碳管里面，极大地提高锂电池的充放电量和充放电次数。

电解质溶液

溶质：常采用锂盐，如高氯酸锂(LiClO4)、六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)。溶剂：由于电池的工作电压远高于水的分解电压，因此锂离子电池常采用有机溶剂，如乙醚、乙烯碳酸酯、丙烯碳酸酯、二乙基碳酸酯等。有机溶剂常常在充电时破坏石墨的结构，导致其剥脱，并在其表面形成固体电解质膜(solid electrolyte interphase，SEI)导致电极钝化。有机溶剂还带来易燃、易爆等安全性问题。

导电涂层

电池涂碳铝箔(导电涂层）

涂碳铝箔在锂离子电池应用中的优势

1、抑制电池极化，减少热效应，提高倍率性能；

2、降低电池内阻，并明显降低了循环过程的动态内阻增幅；

3、提高一致性，增加电池的循环寿命；

4、提高活性物质与集流体的粘附力，降低极片制造成本；

5、保护集流体不被电解液腐蚀；

6、改善磷酸铁锂、钛酸锂材料的加工性能。

导电涂层

利用功能涂层对电池导电基材进行表面处理是一项突破性的技术创新，覆碳铝箔/铜箔就是将分散好的纳米导电石墨和碳包覆粒，均匀、细腻地涂覆在铝箔/铜箔上。它能提供极佳的静态导电性能，收集活性物质的微电流，从而可以大幅度降低正/负极材料和集流之间的接触电阻，并能提高两者之间的附着能力，可减少粘结剂的使用量，进而使电池的整体性能产生显著的提升。涂层分水性（水剂体系）和油性（有机溶剂体系）两种类型。