22 лет персонализации аккумуляторов
Aug 30, 2023 Вид страницы：398
Анодные материалы для литий-ионных батарей сильно различаются, поскольку они продолжают оставаться активной областью разработок и исследований. Анодные материалы способствуют безопасности, емкости, стабильности при циклическом использовании и общей производительности литий-ионных батарей. Некоторые из анодных материалов, используемых в литий-ионных батареях, включают:
1. Графит
Графит является наиболее часто используемым анодным материалом в литий-ионных батареях, предназначенных для коммерческого использования. Слоистая структура, которую он содержит, обеспечивает возможность интеркаляции ионов лития во время циклов зарядки и разрядки. Емкость графита умеренная по сравнению с другими материалами, но он обеспечивает безопасность и устойчивость при езде на велосипеде.
2. Оксиды металлов
Некоторые из исследованных анодных материалов включают различные оксиды металлов, в том числе оксид железа (Fe3O4), оксид олова (SnO2) и диоксид титана (TiO2). Эти металлические материалы могут страдать от циклической устойчивости и проблем с проводимостью, но по сравнению с графитом они обеспечивают более высокую производительность.
3. Материалы на основе кремния.
Кремний имеет более высокую плотность энергии, поскольку он может вмещать множество ионов лития. Теоретическая концепция высокой емкости кремниевых анодов привлекла значительное внимание. Деградация электрода весьма возможна из-за сжатия и расширения объема во время циклирования. Другие материалы используются вместе, чтобы смягчить проблемы, связанные с кремниевыми анодами.
4. Литий-металлический
Теоретически литий-металлические аноды обладают самой высокой емкостью, хотя они не используются широко из соображений безопасности. Проблемы, связанные с металлическим литием, включают образование дендритов и нестабильность; с другой стороны, они могут предложить очень высокую плотность энергии.
5.Аноды из сплава
Материалы из сплавов используются при решении проблемы объемного расширения, связанной с анодами из чистого кремния. К ним относятся сплавы на основе кремния (например, Si-Ge) и сплавы на основе олова (например, Sn-C, Sn-Co). Сплавы могут обеспечить компромисс между стабильностью езды на велосипеде и производительностью.
6.Материалы на основе серы
Сера используется в качестве анодного материала в литий-серных батареях. Сера обладает довольно высокой теоретической емкостью, но проблемами, связанными с этой системой, являются нестабильность электрода и растворение полисульфидов.
7.Материалы на основе фосфора
Как и кремний, аноды на основе фосфора обладают высокой теоретической емкостью. Проблемы стабильности велосипедного движения и изменения объема еще предстоит решить, поскольку исследования продолжаются.
8.Органические материалы
Были некоторые органические соединения, которые уже исследованы в качестве анодных материалов, включая молекулы на основе углерода. Хотя проблемы, связанные со стабильностью и емкостью, требуют решения, эти материалы обладают настраиваемыми свойствами.
9. Титанат лития (Li4Ti5O12).
Титанат лития обладает превосходной безопасностью и стабильностью при циклическом использовании, хотя он и не является углеродным материалом. По сравнению с другими материалами его емкость ниже, но в тех случаях, когда эти характеристики важны для рассматриваемых приложений, используется титанат лития.
Материал анода LiCoO2.
Проблемы стабильности и электрохимии делают оксид лития-кобальта не распространенным анодным материалом в литий-ионных батареях, а вместо этого используемым в качестве материала первичного катода. Ионы лития движутся вперед и назад во время циклов зарядки и разрядки между анодом и катодом через электролит. Причины, по которым он не используется в качестве анодного материала, включают:
Совместимость материалов анода: кристаллическая структура удерживает ионы лития во время разряда и оптимизирована для использования в качестве материала катода. При использовании в качестве анодного материала структура не может эффективно справляться с извлечением и внедрением ионов лития, что приводит к сохранению емкости и плохой циклической стабильности.
Проблемы стабильности и безопасности: LiCoO2 склонен к экзотермическим реакциям и тепловому выходу из-под контроля, что приводит к газообразованию и перегреву.
Производительность и срок службы: для обеспечения надежности и долговечности батареи аноды должны иметь длительный срок службы и хорошую электрохимическую стабильность, которой не обладает LiCoO2.
Альтернативный материал анода:
Были разработаны альтернативные анодные материалы с лучшими профилями безопасности и характеристиками. Графит является широко используемым анодным материалом из-за правильной интеркаляции ионов и стабильности.
LiNiO2 как материал анода
По некоторым причинам оксид лития-никеля не подходит в качестве анодного материала;
Межфазные реакции: в процессе циклирования, когда LiNiO2 используется в качестве анодного материала, происходят значительные межфазные реакции. Реакции приводят к образованию нестабильной межфазной границы твердого электролита, что приводит к сокращению срока службы цикла, потере емкости и проблемам безопасности.
Диапазон емкости и напряжения: LiNiO2 эффективно накапливает и высвобождает ионы лития во время циклов зарядки и разрядки при использовании в качестве катодного материала. Если он используется в качестве анодного материала, характеристики емкости и напряжения могут привести к ухудшению электрохимических характеристик.
Стабильность при циклическом использовании: LiNiO2 не обладает необходимой стабильностью при использовании в качестве анода, что требует поддержания стабильности и сохранения емкости при многочисленных циклах зарядки и разрядки. Использование этого приводит к сокращению срока службы и быстрой деградации.
Проблемы безопасности: безопасность остается решающим фактором при проектировании аккумуляторов. Как и LiCoO2, аноды на основе LiNiO2 представляют собой риск, связанный с термическим выходом из-под контроля.
Материал анода LiMnO
Оксид лития-марганца обычно используется в литий-ионных батареях в качестве катода. Ограничения и электрохимические свойства LiMnO делают его непригодным для использования в качестве анодного материала.
Кинетика интеркаляции/деинтеркаляции лития: LiMnO не оптимизирован для роли анода, который должен учитывать движение ионов лития во время процесса зарядки и разрядки.
Диапазон емкости и напряжения: по сравнению с другими анодными материалами, такими как кремний и графит, LiMnO имеет низкую емкость хранения лития. Ограниченная емкость приводит к снижению производительности аккумулятора и снижению плотности энергии.
Стабильность и срок службы: Аноды должны выдерживать многочисленные циклы зарядки и разрядки, сохраняя при этом емкость и стабильность. LiMnO не обладает стабильностью, необходимой для использования в качестве анода.
Проблемы безопасности: если LiMnO используется в качестве анода, возникают проблемы безопасности, среди прочего, из-за выделения газа и потенциальных реакций.
Заключение
Выбор материала анода определяется конкретными требованиями применения, которые могут включать стоимость, безопасность, циклическую стабильность и плотность энергии. Исследования и разработки в этой области продолжаются, уделяя особое внимание устранению ограничений. В настоящее время разрабатываются усовершенствованные анодные материалы для улучшения характеристик литий-ионных батарей.
LiCoO2 не подходит в качестве анодного материала из-за проблем стабильности, совместимости и безопасности, но кристаллическая структура делает его пригодным в качестве катодного материала. LiNiO2 не подходит в качестве материала анода в литий-ионных батареях из-за его стабильности, безопасности, характеристик емкости и межфазных реакций. Были исследованы альтернативные материалы анода, и графит стал наиболее распространенным материалом. Материалы LiCoO2, LiNiO2 и LiMnO из-за своей структуры и характеристик в основном используются в качестве катодных материалов.
Оставить сообщение
Мы скоро свяжемся с вами
