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聚合物锂电池负极材料的特点与分类
聚合物锂电池负极材料的特点:
作为聚合物锂电池负极材料应满足以下要求: 1、插锂时的氧化还原电位应尽可能低,接近金属锂的电位,从而使电池的输出电压高; 2、锂能够尽可能多地在主体材料中可逆地脱嵌,比容量值大; 3、在锂的脱嵌过程中,主体结构没有或很少发生变化,以确保好的循环性能; 4、氧化还原电位随插锂数目x的变化应尽可能少,这样聚合物锂电池的电压不会发生显著变化,可以保持较平稳的充放电; 5、插人化合物应有较好的电子电导率和离子电导率,这样可以减少极化并能进行大电池充放电; 6、具有良好的表面结构,能够与液体电解质形成良好的固体电解质界面(SEI,solid electrolyte interface)膜; 7、锂离子在主体材料中有较大的扩散系数,便于快速充放电; 8、价格便宜,资源丰富,对环境无污染等。 聚合物锂电池负极材料的分类: 聚合物锂电池按其组成分负极材料有多种分类方法,按其组成分,可分为碳负极材料和非碳负极材料两大类。碳材料主要包括石墨及石墨化碳材料、非石墨类(无定形)碳材料两类。石墨类碳材料包括天然石墨、人工石墨和改性石墨三类,它们具有良好的层状结构,锂离子嵌人石墨的层间形成LixC6层间化合物,理论容量为372mA·h/g,有良好的电压平台,不存在充电(锂脱嵌)电压滞后;无定形碳材料按其石墨化难易程度可分为易石墨化碳材料(也称之为软碳)和难石墨化碳材料(也称之为硬碳),非石墨化碳材料与石墨有不同的储锂机理,通常表现出较高的比容量,但电压平台较高,存在电位滞后现象,同时循环性能不理想,可逆储锂容量一般随循环进行衰减得比较快。 非碳负极材料包括锡基材料、硅基材料、氮化物、钛基材料、过渡金属氧化物和其他一些新型的合金材料。非碳负极材料的开发主要是基于碳素类材料比容量低,不能满足日益增长的电池对容量的要求,再加上碳素类材料首次充放电效率低,存在着有机溶剂共嵌人等缺点,所以人们在开发碳材料同时也开展了对高容量的非碳负极材料的研发。 锡基材料包括锡的氧化物、锡基复合氧化物、锡盐、锡酸盐以及锡合金等; 硅基材料分为硅、硅的氧化物、硅/碳复合材料、硅合金等; 钛基负极材料主要是指钛的氧化物,包括TiO2、尖晶石结构的LiTi20和Li4/3 Ti5/3O4等; 氮化物主要是指各种过渡金属氮化物、与Li4/3 Ti5/3 O4一样是含锂的负极材料; 合金材料则包括Sn基、Sb基、Si基、A1基合金材料等。
聚合物锂电池负极材料的特点与分类
聚合物锂电池负极材料的分类聚合物锂电池负极材料按结构来分可分为结晶材料和非晶(无定形)材料两大类。石墨类碳材料结晶度较高,属于晶形材料;而无定形碳材料结晶度低,我们把它视作非晶形材料。锡基材料中锡的氧化物绝大多数为晶形化合物,由于它在充放过程中存在着巨大的体积效应,影响了材料的结构稳定性和循环性能,所以对锡氧化物进行改性导致了无定形的锡基复合氧化物的出现。硅基材料中非金属的硅也有晶形和无定形两类,其中,无定形的硅具有更好的电化学性能,对硅进行的改性也基本上针对无定形硅出发。合金材料也可以按结构分为晶形和非晶形两类。 聚合物锂电池负极材料按形态来分可以分为粉末状的材料以及薄膜材料两类。到目前为止,研究过的负极材料绝大多数为粉末状的材料,薄膜形态的研究较少,主要集中在金属(合金)薄膜、锡氧化物薄膜、硅基薄膜等上面。薄膜电极与粉末电极相比,不必添加粘接剂和导电剂,这使薄膜电极可更直观地反应电极材料的性能,同时具有设计简单、内部电阻小、充放电性能良好等优点,这些使得薄膜电极材料极具前景。 |