锂离子电池芯体包括哪些材料锂离子的电芯的具体结构,从里到外的,包括哪些材料

锂离子电池芯体包括哪些材料锂离子的电芯的具体结构,从里到外的,包括哪些材料
锂离子电池芯体包括哪些材料
锂离子的电芯的具体结构,从里到外的,包括哪些材料

锂离子电池芯体包括哪些材料锂离子的电芯的具体结构,从里到外的,包括哪些材料
锂电池是一类以金属锂或含锂物质作负极的化学电源的总称.由于锂的标准电极电位很负(相对标准氢电极电位为-3.05V)而且理论比容量[2]高达3.88Ah/g.因此,与常规电池相比,具有电压高(3V左右),比能量大200-450Wh/kg)等特点.已实用化的锂电池有Li-MnO2,Li—I2,Li-CuO,Li-SOCl2,Li-(CFx)n,Li-SO2,Li-Ag2CrO4等.而当这里的锂电极用碳代替时,便成了最新式的锂离子蓄电池.锂离子电池的研究始于20世纪80年代.1990年日本Nagoura等人研制成以石油焦为负极,以LiCoO2为正极的锂离子电池:LiC6|LiClO4-PC+EC|LiCoO2. 同年.Moli和sony两大电池公司宣称将推出以碳为负极的锂离子电池.1991年,日本索尼能源技术公司与电池部联合开发了一种以聚糖醇热解碳(PFA)为负极的锂离子电池.1993年,美国Bellcore(贝尔电讯公司)首先报导了采用PVDF工艺制造成聚合物锂离子电池(PLIB). 下面我们具体了解一下锂离子电池的工作原理锂离子电池目前有液态锂离子电池(LIB)和聚合物锂离子电池(PLIB)两类.其中,液态锂离子电池是指以Li+嵌入化合物为正负极的二次电池.正极采用锂离子化合物LiCoO2,LiNiO2或LiMn2O4 ,负极采用锂-碳层间化合物LixC6 电解质为溶解有锂盐的LiPF6,LiAsF6等有机溶剂. 聚合物锂电池的正极和负极与液态锂离子电池相同.只是原来得液态电解质改为含有锂盐的凝胶聚合物电解质.而目前主要开发的就是这种.
当锂离子电池工作时,它的电化学表达式为
(-)Cn|LiClO4-EC+DEC|LiMO2 (+)
正极反应:LiMO2 ===Li1-xMO2+xLi++xe 或 Li1+yMn2O4 ===Li1+y-xMn2O4+LixCn
负极反应:nC+xLi+xe ===LixCn
(式中M为Co,Ni,Fe,W等;正极化合物有:LiCoO2,LiNiO2,LiMn2O4.LiFeO2,LiWO2等,负极化合物有LixC6,TiS2,WO3,NbS2,V2O5 等)
锂离子电池实际上是一种锂离子浓差电池,正负两极由两种锂离子嵌入化合物组成.充电时,Li+从正极脱嵌经过电解质嵌入负极,负极处于富锂态,正极处于贫锂态,同时电子的补偿电荷从外电路供给到碳负极,保证负极的电荷平衡,放电时则相反,Li+从负极脱嵌,经电解质嵌入正极(这种循环被形象的称为摇椅式机制).在正常的充放电情况下,锂离子在层状结构的碳材料和层状结构氧化物层间嵌入嵌出,因为过渡金属氧化物LiCoO2,LiNiO2中低自旋配合物多,晶格体积小,在锂离子嵌入脱嵌时,晶格膨胀收缩性小,结晶结构稳定,因此循环性能好,而且充放电过程中,负极材料化学结构基本不变,因此从充放电反应的可逆性看锂离子电池反应是一种理想的可逆过程. 而这里为了提高电池的性能,对电池的各部分也提出了相应的要求,对正极而言,应符合: 锂电池是一类以金属锂或含锂物质作负极的化学电源的总称.由于锂的标准电极电位很负(相对标准氢电极电位为-3.05V)而且理论比容量[2]高达3.88Ah/g.因此,与常规电池相比,具有电压高(3V左右),比能量大200-450Wh/kg)等特点.已实用化的锂电池有Li-MnO2,Li—I2,Li-CuO,Li-SOCl2,Li-(CFx)n,Li-SO2,Li-Ag2CrO4等.而当这里的锂电极用碳代替时,便成了最新式的锂离子蓄电池.锂离子电池的研究始于20世纪80年代.1990年日本Nagoura等人研制成以石油焦为负极,以LiCoO2为正极的锂离子电池:LiC6|LiClO4-PC+EC|LiCoO2. 同年.Moli和sony两大电池公司宣称将推出以碳为负极的锂离子电池.1991年,日本索尼能源技术公司与电池部联合开发了一种以聚糖醇热解碳(PFA)为负极的锂离子电池.1993年,美国Bellcore(贝尔电讯公司)首先报导了采用PVDF工艺制造成聚合物锂离子电池(PLIB). 下面我们具体了解一下锂离子电池的工作原理锂离子电池目前有液态锂离子电池(LIB)和聚合物锂离子电池(PLIB)两类.其中,液态锂离子电池是指以Li+嵌入化合物为正负极的二次电池.正极采用锂离子化合物LiCoO2,LiNiO2或LiMn2O4 ,负极采用锂-碳层间化合物LixC6 电解质为溶解有锂盐的LiPF6,LiAsF6等有机溶剂. 聚合物锂电池的正极和负极与液态锂离子电池相同.只是原来得液态电解质改为含有锂盐的凝胶聚合物电解质.而目前主要开发的就是这种.
当锂离子电池工作时,它的电化学表达式为
(-)Cn|LiClO4-EC+DEC|LiMO2 (+)
正极反应:LiMO2 ===Li1-xMO2+xLi++xe 或 Li1+yMn2O4 ===Li1+y-xMn2O4+LixCn
负极反应:nC+xLi+xe ===LixCn
(式中M为Co,Ni,Fe,W等;正极化合物有:LiCoO2,LiNiO2,LiMn2O4.LiFeO2,LiWO2等,负极化合物有LixC6,TiS2,WO3,NbS2,V2O5 等)
锂离子电池实际上是一种锂离子浓差电池,正负两极由两种锂离子嵌入化合物组成.充电时,Li+从正极脱嵌经过电解质嵌入负极,负极处于富锂态,正极处于贫锂态,同时电子的补偿电荷从外电路供给到碳负极,保证负极的电荷平衡,放电时则相反,Li+从负极脱嵌,经电解质嵌入正极(这种循环被形象的称为摇椅式机制).在正常的充放电情况下,锂离子在层状结构的碳材料和层状结构氧化物层间嵌入嵌出,因为过渡金属氧化物LiCoO2,LiNiO2中低自旋配合物多,晶格体积小,在锂离子嵌入脱嵌时,晶格膨胀收缩性小,结晶结构稳定,因此循环性能好,而且充放电过程中,负极材料化学结构基本不变,因此从充放电反应的可逆性看锂离子电池反应是一种理想的可逆过程. 而这里为了提高电池的性能,对电池的各部分也提出了相应的要求,对正极而言,应符合: (1) 相对锂的电极电位高,材料组成不随电位变化,粒子导电率和电子导电率高,有利于降低电池内阻
(2)锂离子嵌入脱嵌可逆性好,伴随反应的体积变化小,锂离子扩散速度快,以便获得良好的循环特性和大电流特性.
(3)与有机电解质和粘结剂接触性能好,热稳性好,有利于延长电池寿命和提高安全性能. 而锂锂电池能有较高的电压,也和它的正极材料有很大关系.因为锂离子电池负极常用相对于锂0—1V的碳负极,因此要获得3V以上的电压 ,必须使用4V级(vsLi+/Li)正极材料,而通过嵌入过程中吉布斯自由能变化的计算可知,正极电位与晶格能,离子化能,离子的溶剂化能有关.其中晶格能影响较大,因此,电池电压主要由正极结晶结构决定.(因本论文介绍锂离子电池基本原理,具体计算不作深入探讨)而尖晶石结构和层状结构的化合物一般电位较高,故常用作正极材料.常见的尖晶石结构如:LiMn2O4,层状结构有:LiCoO2. 对负极而言,应符合:
(1):锂贮存量高,
(2):锂在碳中的嵌入脱嵌反应快,即锂离子在固相的扩散系数大,在电极-电解液界面的移动阻抗小.
(3):锂离子在电极材料中的存在状态稳定.
(4):在电池的充放电循环中,碳负极材料体积变化小.
(5)电子导电性高.(6)碳材料在电解液中不溶解.
负极材料的选择对电池的性能也有很大的影响.而最常用的是石墨电极,因为石墨导电性好.结晶度较高,具有良好的层状结构.适合锂的嵌入--脱嵌.而且它的插锂电位低且平坦,可为锂离子电池提供高的平稳的工作电压.大致为:0.00---0.20v之间(vsLi+/Li)
对有机电解液而言,要求:
(1)离子电导率高
(2)电化学稳定的电位范围宽:必须有0—5V的电化学稳定窗口.
(3) 热稳定好,使用温度范围宽..
(4) 化学性能能够稳定,与电池内集电流体和活性物质不发生化学反应
(5) 安全低毒,最好能生物降解.