锂离子电池负极材料知识讲解
来源：宝鄂实业
2019-11-10 22:16
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一、锂离子电池负极材料
目前，国内外工业上应用的锂离子动力电池正极材料有磷酸铁锂、锰酸锂、氧化钴锂、三元(锰酸镍锂、铝酸镍镍锂)、氧化镍锂。主要生产企业有湖南姗姗新材料有限公司、湖南瑞翔新材料有限公司、北京大学先锋科技有限公司、北京易斯普林材料科技有限公司、天津八木科技有限公司、宁波金河新材料有限公司、深圳天骄科技有限公司等。
1. 主要的阳极材料
钴酸锂容量可达140mAh/g，重量轻，体积小，充放电电压稳定，导电性高，生产工艺简单;制备方法包括高温固相法、溶胶-凝胶法、沉淀法、喷雾干燥法和水热合成法。但是原材料价格高，热稳定性差，污染严重，限制了其在电动汽车上的应用。
镍酸锂容量可达190 ~ 210mAh/g，环境污染小，自放电率低。合成方法有高温固相法和溶胶-凝胶法。但热稳定性差，容量衰减快。
锰酸锂资源丰富，成本低，安全性好，具有尖晶石和层状结构，比能80 ~ 120Wh/kg，循环寿命约为1500倍。尖晶石锰酸锂的三维隧道结构利用了锂离子的包埋和释放。成本低，性能稳定，生产工艺成熟，易于实现工业化生产。但其容量衰减快，高温循环性能差。层状锰酸锂容量大，可达250mA•h/g，但其连续性能差，高温不稳定，容量衰减严重，在工业生产中难以实现。
磷酸铁锂为橄榄型结构，比能可达100 ~ 120Wh/kg，循环寿命可达2000倍，具有良好的热稳定性和安全性，原料丰富，制造成本低，循环寿命长，目前广泛应用于电动汽车。但其比能和比功率低，限制了大型纯电动汽车的应用。目前正朝着纳米、高密度磷酸铁锂能源型发展，以满足新能源汽车特别是公交车和特种车辆的需求。
镍钴锰、铝镍和钴三元材料的一个更有前途的阳极材料,更好地利用锂锰酸锂、镍、钴酸锂的优势同时,在某种程度上,弥补不足的三个材料,三元材料性能平衡,能量密度和容量较高,能力可以达到180 ~ 190 mah / g,循环性能好,可以达到2 000次,生活是强大的,价格相对便宜;但安全性和低温性能差，合成困难，充放电效率低。
2. 阳极材料的研究与开发
镍钴锰、镍钴铝三元材料的研发主要是为了提高材料的体积比能，提高低温性能，提高电池的安全性。性能可以通过调整材料的组成来控制。为了进一步提高电池的能量密度，正电极材料将发展成硅酸盐复合材料、层状富锂锰材料和含硫材料。向具有较高嵌锂容量和良好性能的可逆材料方向发展。材料结构的研究倾向于分层结构和尖晶石结构。
3.阳极材料的发展趋势
(1)材料修改
电极材料表面结构的稳定性主要通过石墨烯改性和表面改性来稳定，提高材料的导电性能和高温循环性能，降低材料的容量衰减。
(2)离子掺杂
离子掺杂铝(Al),主要是金属元素铬(Cr),镁(Mg)氧掺杂过渡金属和非金属元素,良好的导电性金属离子掺杂到阳极材料,改善锂离子扩散速度,电导率和电化学性能,提高稳定性,进一步研究掺杂改性的具体的作用机制,以更好地使用兴奋剂来提高材料的性能。
