鋰電池原理與工藝復習整理(編輯修改稿)
2025-05-14 12:23 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 差。（2）存在問題：①導電性差。②Li離子擴散速度慢。（3）對策:①碳包覆（可增強粒子與粒子之間的導電性,減少電池的極化、充當成核劑,減小產(chǎn)物的粒徑、起還原劑的作用,避免Fe3+的生成,提高產(chǎn)品的純度。）②金屬摻雜（金屬摻雜不影響結構，反而可以控制材料粒徑，提高材料電導率，進一步提到材料的倍率性能。）③將材料做成納米尺寸（提高電池容量和穩(wěn)定性，尤其是高倍率放電性能上取得了較好的效果。）④PPy包覆—PEG輔助（PPy包裹提高LiFePO4的電導率和循環(huán)性能、PPy/PEG包覆可以提供有利的離子和電子的傳輸通道、放電電容達到148mAh/g）（4）將材料納米化，再將C/PPy包覆在材料表面，可以改善鋰遷移能力和電子傳導，材料具有更好的倍率性能。四、思考題錳酸鋰容量衰減的原因及對策？答：①機理：HF和→溶解→Mn在負極沉積；（溶解的錳阻塞負極微孔，鋰離子無法嵌入，沉積在銅箔和負極界面上，產(chǎn)生脫粉現(xiàn)象，負極材料失效，容量發(fā)生衰減。）②對策：①減小電解液中HF和；②加入部分鎳酸鋰和1/3材料穩(wěn)定錳酸鋰的尖晶石結構；③降低電池的電壓范圍。（減少HF和水分含量，可減少二價錳的溶解，減少錳酸鋰為正極材料電池的衰減；加入pH較高的鎳酸鋰或三元正極材料， 絡合氟化氫，也可減少二價錳的溶解。）從分析如何穩(wěn)定錳酸鋰結構？答：①Al有較強結合力的元素，強化尖晶石結構；②氟離子取代氧，可降低對容量的減少。材料存在的問題及其解決方法？答：（1）存在問題：①導電性差。②Li離子擴散速度慢。（2）對策:①碳包覆（可增強粒子與粒子之間的導電性,減少電池的極化、充當成核劑,減小產(chǎn)物的粒徑、起還原劑的作用,避免Fe3+的生成,提高產(chǎn)品的純度。）②金屬摻雜（金屬摻雜不影響結構，反而可以控制材料粒徑，提高材料電導率，進一步提到材料的倍率性能。）③將材料做成納米尺寸（提高電池容量和穩(wěn)定性，尤其是高倍率放電性能上取得了較好的效果。）④PPy包覆—PEG輔助（PPy包裹提高LiFePO4的電導率和循環(huán)性能、PPy/PEG包覆可以提供有利的離子和電子的傳輸通道、放電電容達到148mAh/g）第4章 負極材料的類別、性能及儲鋰原理一、負極材料概述負極材料的基本特征：反應電位較低、容量較高、結構穩(wěn)定、電子、離子導電性、良好的表面結構、價格便宜、資源豐富、無環(huán)境污染。負極材料的分類（儲鋰機制）：嵌入脫出反應（石墨、Li4Ti5O12, TiO2）、合金化反應（Si, Sn, Al, Ge,……）、轉換反應（Fe2O3, CoO, ……）、贋電容式（石墨烯, 無定形炭……）。石墨類碳負極材料的優(yōu)點：①導電性好，結晶度較高，具有良好的層狀結構，適合鋰的嵌入脫嵌；②充放電比容量可達300 mAh/g以上，充放電效率在90％以上，不可逆容量低于50 mAh/g ；③鋰在石墨中脫嵌反應發(fā)生在0～(Vs．Li+/Li)，具有良好的充放電電位平臺。天然石墨改性：天然石墨不能直接用于鋰離子電池負極材料，最主要的原因是在充電過程中，會發(fā)生溶劑分子隨鋰離子共嵌入石墨片層而引起石墨層“剝落”的現(xiàn)象，造成結構的破壞從而導致電極循環(huán)性能迅速變壞。當前對天然石墨的改性處理的研究很多，有機械研磨（ 研磨能獲得一定含量的菱形石墨相，菱形石墨相的存在對石墨表面SEI膜生成更有利，而且能提升材料的比容量及循環(huán)性能）、氧化處理（可以通過用氣相和液相氧化的方法對天然石墨進行了氧化處理。溫和的氧化處理可以除去石墨顆粒表面一些活性或有缺陷的結構，從而減少了首次循環(huán)中的不可逆容量、提高了充、放電效率）、表面包覆（為了改善天然石墨的循環(huán)性能和提高其充、放電倍率，設法在天然石墨顆粒表面包覆上一層熱解炭，形成了以石墨為核心的“核殼”式結構。目的是減緩炭電極表面的不均勻反應性質(zhì)，以使得在炭電極表面生成SEI膜的溶劑或電解質(zhì)鹽的還原分解反應能夠均勻進行，從而在炭材料電極表面能夠形成一層均勻、簿而致密、不易脫落的SEI）、摻雜等（適當?shù)囊虢饘倩蚍墙饘僭啬芴岣卟牧系碾娀瘜W性能）。人造石墨：人造石墨是將易石墨化炭(如瀝青焦炭)在N2氣氛中于1900～2800℃經(jīng)高溫石墨化處理制得。常見人造石墨有中間相碳微球(MCMB)、石墨化碳纖維。MCMB的優(yōu)點：①球狀顆粒，便于緊密堆積可制成高密度電極；②光滑的表面，低比表面積，可逆容量高；③球形片層結構，便于鋰離子在球的各個方向嵌入脫出，可以大倍率充放電。石墨化碳纖維優(yōu)點：①表面和電解液之間的浸潤性能非常好。②由于嵌鋰過程主要發(fā)生在石墨的端面，從而具有徑向結構的炭纖維極有利于鋰離子快速擴散，因而具有優(yōu)良的大電流充放電性能 。③放電容量大，優(yōu)化時可逆容量達315 mAh/g，不可逆容量僅
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