Каковы основные компоненты материалов литий-ионных аккумуляторов?

Литий-ионные аккумуляторы состоят из нескольких ключевых компонентов, каждый из которых играет определенную роль в функционировании аккумулятора. Основные компоненты включают в себя:

Катод:

Активный материал Катод обычно содержит оксид металлического лития, например оксид лития-кобальта (LiCoO2), оксид лития-марганца (LiMn2O4), фосфат лития-железа (LiFePO4) или другие оксиды литиевых переходных металлов. Этот материал подвергается обратимой литий-ионной интеркаляции и деинтеркаляции во время циклов зарядки и разрядки.

Проводящие добавки. Материалы на основе углерода, такие как углеродная сажа или графит, добавляются в катод для повышения электропроводности.

Связующие Связующие используются для удержания активного материала и проводящих добавок в структуре катода.

Анод:

Активный материал Анод обычно состоит из материала, способного интеркалировать ионы лития, например графита (углерода). В некоторых современных батареях кремний также исследуется в качестве анодного материала.

Проводящие добавки. Как и катод, анод включает материалы на основе углерода для улучшения электропроводности.

Связующие Связующие используются для удержания активного материала и проводящих добавок в структуре анода.

Электролит:

Соль лития Электролит содержит соль лития, такую как гексафторфосфат лития (LiPF6), перхлорат лития (LiClO4), тетрафторборат лития (LiBF4) или другие. Соль лития диссоциирует на ионы лития, которые перемещаются между анодом и катодом во время зарядки и разрядки.

3.2V 20A Низкотемпературная батарея LiFePO4 -40℃ 3C Разрядная емкость ≥70% Температура зарядки: -20~45℃ Температура разрядки: -40~+55℃ пройти тест на иглоукалывание -40℃ максимальная скорость разряда: 3C

ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ

Разделитель:

Полимерный сепаратор Пористый полимерный сепаратор помещается между катодом и анодом, чтобы предотвратить прямой контакт между ними, обеспечивая при этом прохождение ионов лития. Сепаратор обычно изготавливается из таких материалов, как полиэтилен или полипропилен.

Токосъемники:

Катодный токосъемник Обычно изготовленный из алюминия, катодный токосъемник собирает электроны с катода во время разряда.

Эти компоненты работают вместе, чтобы облегчить перемещение ионов лития между анодом и катодом во время зарядки и разрядки, позволяя литий-ионному аккумулятору хранить и выделять электрическую энергию. Правильная конструкция и оптимизация этих компонентов имеют решающее значение для достижения желаемой производительности, безопасности и долговечности литий-ионных батарей.

Материал катода на основе олова

Материалы на основе олова действительно используются в качестве катодов в некоторых типах литий-ионных батарей, особенно в литий-ионных батареях с альтернативным химическим составом, помимо традиционных катодов из оксида лития-кобальта (LiCoO2). Катоды на основе олова в первую очередь связаны с литий-ионными батареями, в которых используются соединения оксида олова. Вот несколько примеров:

Оксид лития и олова (Li4Ti5O12)

Титанат лития с химической формулой Li4Ti5O12 представляет собой структуру шпинели, содержащую олово (Ti). Титанат лития известен своим превосходным сроком службы, высокой производительностью и хорошими характеристиками безопасности. Он используется в качестве анодного материала, а не катодного материала в литий-ионных батареях.

Низкотемпературный прочный полимерный аккумулятор для ноутбука с высокой плотностью энергии Спецификация аккумулятора: 11,1 В 7800 мАч -40 ℃ 0,2 C разрядная емкость ≥80% Пыленепроницаемый, устойчивый к падению, антикоррозийный, антиэлектромагнитный

ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ

Оксиды олова (SnO2, SnO, Sn2O3 и др.)

Различные соединения оксида олова были исследованы на предмет их потенциала в качестве катодных материалов. Диоксид олова (SnO2), моноксид олова (SnO) и полуторный оксид олова (Sn2O3) входят в число изученных соединений на основе олова. Оксиды олова могут подвергаться литий-ионной интеркаляции и деинтеркаляции во время циклов зарядки и разрядки.

Катоды на основе олова, хотя и обладают определенными преимуществами, также сталкиваются с такими проблемами, как расширение объема во время циклической езды, что может привести к механическому напряжению и повлиять на общую производительность и срок службы батареи. Исследователи активно работают над решением этих проблем и улучшением свойств катодных материалов на основе олова, чтобы сделать их более конкурентоспособными и практичными для коммерческого применения в литий-ионных батареях.

Важно отметить, что технология литий-ионных аккумуляторов — это быстро развивающаяся область, и постоянно исследуются новые материалы и достижения для повышения производительности, безопасности и плотности энергии литий-ионных батарей.

Нитрид

Хотя нитридные материалы не так часто используются в литий-ионных батареях, как оксиды или сульфиды, были проведены некоторые исследования и исследования потенциального использования нитридов в различных компонентах батарей.

Нитрид титана (TiN)

Нитрид титана исследовался на предмет его потенциального использования в качестве анодного материала в литий-ионных батареях. TiN имеет высокую теоретическую емкость и может подвергаться вставке и извлечению литий-ионов во время езды на велосипеде. Однако для практического применения необходимо решать такие проблемы, как расширение и сжатие объема во время циклов литиирования и делитиации.

Нитрид ванадия (ВН):

Нитрид ванадия — еще один нитридный материал, который изучался для применения в литий-ионных батареях, особенно в качестве потенциального катодного материала. VN обладает хорошей электропроводностью и способностью накапливать и высвобождать ионы лития, что делает его интересным кандидатом для определенных химических элементов аккумуляторов.

Область исследований аккумуляторов динамична, и ученые постоянно исследуют новые материалы и рецептуры для улучшения плотности энергии, срока службы и безопасности литий-ионных аккумуляторов. Использование нитридов или других новых материалов может стать более заметным в будущем по мере развития исследований и развития технологий.

Сплавы

Аноды из сплавов в литий-ионных батареях были предметом исследований и разработок в качестве альтернативы традиционным графитовым анодам. Аноды из сплавов могут обеспечивать более высокую плотность энергии по сравнению с графитом, что обеспечивает большую емкость хранения лития. Вот несколько примеров анодов из сплавов, исследованных для использования в литий-ионных батареях:

Кремниевые (Si) аноды

Кремний широко изучался в качестве анодного материала из-за его высокой теоретической емкости (около 4200 мАч/г), которая намного выше, чем у графита. Кремний претерпевает значительное изменение объема во время литиирования и делитирования, что приводит к механическому напряжению и распылению электрода. Для решения этих проблем изучаются различные стратегии, такие как наноразмеры, наноструктурирование и использование кремния в композитах.

Оловянные (Sn) аноды

Олово — еще один материал, который исследовался на предмет использования в качестве анода в литий-ионных батареях. Подобно кремнию, олово также претерпевает значительные изменения объема в процессах легирования и делегирования лития. Сплав олова с другими элементами или включение его в композиционные материалы могут помочь решить проблемы объемного расширения.

Сурьмяные (Sb) аноды

Сурьма была исследована как анодный материал с более высокой теоретической емкостью, чем графит. Легирование и делегирование ионами лития может происходить в сурьмяных электродах. Для практического применения необходимо решать такие проблемы, как снижение емкости и изменение объема.

Хотя аноды из сплавов обладают высокими теоретическими характеристиками, решение проблем, связанных с изменением объема, циклической стабильностью и архитектурой электродов, остается в центре внимания текущих исследований. Кроме того, при выборе сплава и конструкции анода необходимо учитывать общие характеристики, стоимость и безопасность литий-ионных батарей.