Четыре основных материала для литий-ионных аккумуляторов

Литий-ионные аккумуляторы состоят из нескольких ключевых материалов, каждый из которых выполняет определенную роль в функционировании аккумулятора. Четыре основных материала, обычно связанных с литий-ионными батареями:

Материал катода:

Распространенные материалы Оксид лития-кобальта (LiCoO2), оксид лития-марганца (LiMn2O4), фосфат лития-железа (LiFePO4) и оксид лития-никеля-кобальта-марганца (LiNiCoMnO2 или NMC) являются распространенными катодными материалами.

Функция Катод накапливает и высвобождает ионы лития во время циклов зарядки и разрядки. Различные катодные материалы имеют различную плотность энергии, термическую стабильность и стоимость.

Материал анода

Распространенные материалы Графит является наиболее распространенным анодным материалом. Кремний, олово и другие материалы также исследуются на предмет альтернатив более высокой емкости.

Функция Анод накапливает и высвобождает ионы лития во время циклов зарядки и разрядки. Материалы анода влияют на емкость аккумулятора, стабильность работы при циклическом использовании и общую производительность.

Электролит

Общие компоненты Электролиты обычно состоят из солей лития (например, LiPF6, LiClO4), растворенных в смеси органических растворителей (например, этиленкарбоната, диметилкарбоната).

Функция Электролит облегчает перемещение ионов лития между катодом и анодом во время зарядки и разрядки. Это важнейший компонент для ионной проводимости и общей производительности батареи.

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

Распространенные материалы Сепараторы часто изготавливаются из полиэтилена или полипропилена.

Функция Сепаратор физически разделяет катод и анод, предотвращая прямой контакт, но позволяя ионам лития проходить. Он играет жизненно важную роль в предотвращении коротких замыканий и повышении безопасности аккумулятора.

Эти четыре основных материала — катод, анод, электролит и сепаратор — работают вместе, обеспечивая обратимое движение ионов лития, позволяя батарее хранить и высвобождать электрическую энергию. Кроме того, в материалах электродов часто используются проводящие добавки, связующие и токосъемники для повышения проводимости и структурной целостности. Конкретное сочетание этих материалов, а также текущие исследования и разработки способствуют повышению общей производительности, безопасности и стоимости. -эффективность литий-ионных аккумуляторов.

Анодные материалы

Анодные материалы в литий-ионных батареях играют решающую роль в хранении и высвобождении ионов лития во время циклов зарядки и разрядки. Выбор материала анода может существенно повлиять на производительность батареи, плотность энергии и срок службы батареи. Вот некоторые распространенные анодные материалы, используемые в литий-ионных батареях:

Графит (углерод):

Тип Природный графит или синтетический графит.

Преимущества Широко используется благодаря своей стабильности, низкой стоимости и хорошо отлаженным производственным процессам. Графитовые аноды обеспечивают хорошую циклическую стабильность.

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

Ограничения Ограниченная теоретическая емкость (372 мАч/г), что привело к исследованию альтернативных материалов с более высокой емкостью.

Кремний (Si):

Преимущества Кремний имеет высокую теоретическую емкость (около 4200 мАч/г), значительно превышающую графит. Это может значительно увеличить плотность энергии батареи.

Проблемы Во время литиирования кремний подвергается значительному объемному расширению, что приводит к механическому напряжению и снижению емкости. Исследования направлены на смягчение этих проблем, например, использование наноструктурированных форм кремния или его комбинирование с другими материалами.

Олово (Sn):

Преимущества Олово имеет высокую теоретическую емкость (около 994 мАч/г). Аноды на основе олова могут обеспечивать более высокую плотность энергии по сравнению с графитом.

Проблемы Как и кремний, олово претерпевает изменения в объеме во время циклирования, что может привести к механическому напряжению и снижению емкости.

Титанат лития (Li4Ti5O12):

Преимущества Титанат лития имеет превосходный срок службы, высокую производительность и хорошие характеристики безопасности. Он работает при более высоком напряжении, чем графит.

Ограничения Более низкая удельная емкость по сравнению с графитом (175 мАч/г), но другие свойства делают его пригодным для определенных применений.

Исследователи активно изучают новые анодные материалы и модификации существующих материалов для улучшения производительности, безопасности и экономической эффективности литий-ионных батарей. Достижения в области анодной технологии имеют решающее значение для достижения более высокой плотности энергии, увеличения срока службы и более устойчивых аккумуляторных решений.

Катодные материалы

Катодные материалы в литий-ионных батареях являются важнейшими компонентами, которые накапливают и выделяют ионы лития во время циклов зарядки и разрядки. Выбор материала катода влияет на плотность энергии, напряжение и общую производительность батареи. Вот некоторые распространенные катодные материалы, используемые в литий-ионных батареях:

Оксид лития-кобальта (LiCoO2):

Преимущества Высокая плотность энергии и стабильная производительность цикла. LiCoO2 был одним из первых коммерчески используемых катодных материалов в литий-ионных батареях.

Ограничения Кобальт относительно дорог, и опасения по поводу его цепочки поставок, этических методов добычи и воздействия на окружающую среду привели к усилиям по снижению или устранению содержания кобальта в катодных материалах.

Оксид лития-марганца (LiMn2O4):

Преимущества Более низкая стоимость по сравнению с LiCoO2, а также хорошая безопасность и термическая стабильность. LiMn2O4 использовался в качестве катодного материала в некоторых приложениях.

Ограничения Более низкая плотность энергии по сравнению с LiCoO2, и при длительных циклах может наблюдаться снижение емкости.

Литий-железо-фосфат (LiFePO4)

Преимущества Превосходная термическая стабильность, безопасность и длительный срок службы. LiFePO4 известен своей стабильностью и широко используется в приложениях, где безопасность имеет первостепенное значение.

Ограничения Более низкая плотность энергии по сравнению с LiCoO2, что приводит к созданию более крупных и тяжелых батарей.

Диафрагма и электролит

В литий-ионных батареях диафрагма (также известная как сепаратор) и электролит являются важнейшими компонентами, которые играют разные роли в работе батареи. Давайте изучим каждый из них:

Диафрагма (сепаратор):

Материал Диафрагма или сепаратор обычно изготавливается из пористых полимерных материалов, таких как полиэтилен (ПЭ) или полипропилен (ПП). Эти материалы выбраны из-за их химической стабильности, механической прочности и способности пропускать ионы лития, предотвращая при этом прямой контакт между катодом и анодом.

Функция Основная роль диафрагмы заключается в физическом разделении катода и анода внутри батареи. Он действует как изолирующий барьер, предотвращая электрический контакт между положительным и отрицательным электродами. В то же время диафрагма обеспечивает поток ионов лития во время электрохимических реакций зарядки и разрядки. Правильная конструкция сепаратора имеет решающее значение для предотвращения коротких замыканий и повышения безопасности аккумулятора.

Пористость Сепаратор спроектирован пористым, что обеспечивает эффективный транспорт электролита и ионную проводимость, сохраняя при этом механическую целостность.

Правильное сочетание материалов диафрагмы и электролита, а также тщательный подход к проектированию имеют важное значение для достижения оптимальной производительности, безопасности и эффективности литий-ионных батарей. Исследователи постоянно работают над улучшением этих компонентов и разработкой передовых материалов, которые могут повысить производительность аккумуляторов и решить проблемы, связанные с плотностью энергии, сроком службы и безопасностью.