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分析目前高电压正极材料的研究和技术现状
分析目前高电压正极材料的研究和技术现状
  • 发布时间:2021-02-09 16:02

分析目前高电压正极材料的研究和技术现状

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高压锂离子电池的重要材料和技术现状


高压锂离子电池的性能重要取决于活性材料和电解液的结构和性能。下面分析了高压阴极材料的研究现状和应用现状。


1.高压钴酸锂材料的研究现状


目前,锂钴氧化物作为一种高压阳极材料得到了广泛的研究和应用。该结构为非nafeo2型,更适合锂离子的插入和弹出。氧化钴锂的理论能量密度为274mAh/g,生产工艺简单,电化学性能稳定,市场占有率高。在实际应用中,只有部分锂离子可以被可逆地嵌入和喷出,实际能量密度约为167mAh/g(工作电压为4.35v)。提高工作电压可以显著提高能量密度。例如,将工作电压从4.2v提高到4.35v,可以使能量密度提高16%左右。


但在高电压锂离子从材料嵌入和多次使钴酸锂的结构从三方晶系、单斜晶系变化,钴酸锂材料此时不再有能力嵌入锂离子,与此同时,松动和脱落的阳极材料的收集流体粒子,导致电池内部电阻,电化学性能变差。


目前,氧化锂钴正极材料的改性重要从掺杂和包覆两个方面提高材料的晶体结构稳定性和界面稳定性。


电流高电压对钴酸锂材料被用在高能量密度电池,如高端手机电池制造商越来越高的电池性能的要求,重要体现在需求更高的能量密度,如碳要求4.35V电池阴极的能量密度大约660wh/L,4.4V的电池已达到约740wh/L,这要阳极材料具有较高的压实密度,较高的空体积,以及材料在高压和高压下的结构有较好的稳定性。但氧化钴锂电极材料存在钴资源匮乏、价格昂贵、钴离子具有一定毒性等缺点,限制了其在动力锂电池中的广泛应用。


2.三元材料的研究现状


为了减少钴的含量,提高电池的安全性能,研究人员开始关注分层的三元高压材料(LiNixCoyMn1-x-yo2或linixcoyal1-x-yo2)。在这些三元材料中,镍(Ni)起着供应容量的用途,钴(Co)可以减少锂(Li)与镍的混合,锰(Mn)或铝(Al)可以提高层状材料的结构稳定性,从而提高电池的安全性能。这种电池重要用于一般的数字电池,如可充电电池、商用备用电池等,作为锂钴氧化物的替代品,以提高电池的价格竞争力,镍钴锰比为5:2:3是常见的。


在动力汽车方面,有很多厂家在进行试验,提高能量密度的方法,重要是提高单锂离子电池的工作电压和新增镍三种材料的含量,但行业仍处于发展阶段,没有批量生产的产品。这重要是因为目前动力锂电池首先要满足电池的高安全性、一致性、低成本和长寿命,容量不是首要问题。


三元材料的重要问题是随着镍含量的新增,材料的碱度越来越强,对电池制造技术和环境的要求越来越高。同时,在循环过程中,材料的热稳定性下降,氧被释放,导致材料的结构稳定性恶化。在充电状态下,镍的氧化性较强,对电解液的匹配也提出了更高的要求。因此,三元电极材料在推广和应用上有很大的局限性。


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