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锂电池聚合物剥皮机厂家讲解锂电材现状(上)2021-06-05 09:35

锂电池聚合物剥皮机厂家讲解锂电材现状(上):
 
作为一种具有多次重复充放电功能的蓄能技术,锂离子电池在过去20年中得到了很大的成功应用,特别是作为各种移动电子设备的动力来源,推动了通讯、电子等行业的蓬勃发展。目前,世界各国都在努力将锂离子电池应用于汽车等交通工具,以提供电力。像丰田福特这样的公司已经研发出多种混合动力车来减少汽油的使用量。以丰田Toyotapirus混合动力车为例,由于使用锂离子电池作为辅助动力,它可以行驶50英里左右。如今,世界上许多国家和企业也在大力投资,试图率先开发可靠、安全、使用锂离子电池作为动力来源的电动车。将锂离子电池作为单一动力来源,要求其能储存/释放更多的能量,延长循环充放电寿命,且安全可靠。由IBM发起的电池500项目,其目的是开发出一次充电就能行驶500英里(800km)的电池,也就是说,需要大约125kWh的电量。
 
这类应用对电池材料,特别是负极(正极)材料的要求也越来越高。与电池负极(阳极)材料相关,负极材料通常具有较低的容量。作为阳极材料,石墨的容量接近400mAh/g,而广泛使用的阴极材料LiCoO2的可用容量仅为140mAh/g,LiFepO4的可用容量为160mAh/g。蓄电池的能量密度大约是蓄电池放电电压和容量的乘积,因此,除了增加阴极材料的容量之外,增加与蓄电池放电电压和容量有关的阴极材料的电势也是提高蓄电池能量密度的有效方法。二极管相对二极管和电极的放电电压大约是4V,如果和同等容量的5V阴极材料相比,电池能量密度可以提高25%左右。所以近在5V高压阴极材料的研究与开发中,也得到了越来越多研究者的关注。LiNi具有类尖晶石晶体结构0.5Mn1.5O4;LiMpO4(M=Co,Ni)具有类尖晶石晶体结构,是一种具开发潜力的5V高压阴极材料。锂电池聚合物剥皮机厂家系统地阐述了5V高压阴极材料所面临的问题及新进展。
 
锂电池聚合物剥皮机厂家讲解高电压阴极材料所面临的一个问题。电池热力学稳定状态下,阴极、阳极和电解液的电子能级。在参考电位为Li/Li+电极时,A是阳极材料的相对电化势,C是阴极材料的电化势,Eg是电解液中低电子不占能级和高电子占有能级之差。由阴、阳极构成的电池,C和A的差值是电池的开路电压。当当阳极和阴极的电化势介于电解液中低电子不占能级和高电子占有能级之间时,电解液表现良好。但是,当阳极材料的电化势高于低电子不占能级时,阳极材料的电子就会被电解液所占据,从而导致电解液被氧化,反应产物就会在阳极材料颗粒的表面形成固液界面;与此相似,当阳极材料的电化势低于高电子占能级时,电解液中的电子就会被阴极材料所占据,从而导致电解液被氧化,在阴极颗粒的表面形成固液界面。但当阴阳极电化势略超出容重范围时,某些固液界面层可阻断电子在电解液与阴极之间的进一步传输,从而阻止进一步的反应,保护电极材料。
 
比如,石墨相对于液态锂离子电极的电化学势在0.2V左右,超出了电位窗口Eg范围(1MLipF6溶于EC:DEC)(1V~4.5V)。但由于EC能形成固液边界保护层,使电解液不会进一步还原,因此石墨可成功地作为锂离子电池的阳极材料。目前已上市销售的有机电解液为1MLipF6,可溶于EC:DEC或EC:DMC,其电位窗口Eg范围在1V~4.5V之间。但是,5V高压阴极材料已接近或超过目前商用有机电解液的电势窗口,因此在充放电过程中,电解液极易被氧化,形成固液界面层,随着充放电循环次数的增加,容量大大降低,循环寿命缩短。某些电极材料的充放电电势,如图1(b)所示,与商业有机电解液的电势窗口Eg的相对关系[2]。类尖晶石型晶体结构LiNi0.5Mn1.5O4和类橄榄石型晶体结构LiCopO4的电势接近甚至超过电势。寻找与LiNi0.5Mn1.5O4和LiCopO4相匹配的电解液,或对其进行表面改性处理,是目前提高5V高压阴极材料性能的重要研究方向。常用电极材料电势与有机电解液(1MLipF6溶于EC:DEC)之间的电化学势窗。
 
锂电池聚合物剥皮机厂家讲述高电压阴极材料的研究进展。将阳离子掺杂到具有类似尖晶石结构的LiMn2O4中,可以使电势增加,在4V和5V左右会出现两个放电平台[3]。其中,LiNi0.5Mn1.5O4掺杂后产生的放电电势约为4.7V,容量约为130mAh/g(理论容量为147mAh/g)大,开发潜力大。与LiFepO4结构相似的LiCopO4和LiNipO4分别具有4.8V和5.2V的放电电势,其理论容量为170mAh/g,因此受到广泛关注。
 
将阳离子或阴离子掺杂到LiNi0.5Mn0.5Mn1.5O4中,是提高LiNi0.5Mn1.5O4化学稳定性,从而改善其循环充放电性能的有效方法。添加的微量替代离子可以聚集在颗粒表面,降低了颗粒表面具有较高反应活性的Ni离子,从而减少了有害反应,约束了固液界面的形成,从而提高了LiNi0.5Mn1.5O4的快速充放电性能和循环稳定性。
 
奥姆斯等人发现,掺入Mg可以改善LiNi0.5Mn1.5O4的结构稳定性。采用溶胶-凝胶法制备了LiMgxNi0.5-xMn1.5O4(x0.1),其充放电容量在0.1C速率下接近理论值(大于120mAh/g)。由Locati等人制备的纳米级LiMg0.05Ni0.45Mn1.5O4,在室温下有大约10-6S/cm的电导率,因此具有很好的快速充放电性能,0.1C/g容量为131mAh/g,1C/g容量为117mAh/g。
 
由Liu等人[8]制备出掺杂Fe的LiMn0.42Fe0.08O4、LiMn1.42Ni0.42Fe0.16O4和LiMn1.5Ni0.34Fe0.16O4不同含量的Fe。在C/6速率下,非掺杂LiNi0.5Mn1.5O4的容量是130毫安h/g的容量在循环50次后仍保持在92%;而掺有Fe的LiMn1.5Ni0.42Fe0.08O4、LiMn1.42Ni0.42Fe0.16O4和LiMn1.5Ni0.34Fe0.16O4分别为136,131和127毫安h/g,100次循环后容量仍保持在100%。电化学阻抗谱(EIS)显示,掺入Fe后,表面阻抗下降;X射线光电子能谱(XpS)显示,表面Fe含量高于芯部,而Ni含量低于芯部,并且Fe比Ni具有更低的反应活性,因此可以约束有害反应和固液界面层的形成。