詳解要怎么樣選擇鋰離子電池的電極材料

　　鋰離子電池在使用的過程中，能夠進行二次充電，屬于一種二次可充電電池，緊要工作原理為鋰離子在正負極之間的反復(fù)移動，無論電池的形狀要怎么樣，其緊要組成部分都為電解液、正極片、負極片以及隔膜。目前，國際上鋰離子電池的加工地緊要聚集在我國、日本和韓國，緊要的鋰離子使用市場為手機和電腦。隨著鋰離子電池的不斷發(fā)展，使用范疇也在逐漸的張大，其在正極材料的使用方面已經(jīng)由單一化向多元化的方向轉(zhuǎn)變，其中包括：橄欖石型磷酸亞鐵鋰、層狀鈷酸鋰、尖晶石型錳酸鋰等等，實現(xiàn)多種材料的并存。

　　從技術(shù)發(fā)展方面能夠看出，在日后的發(fā)展中還會出現(xiàn)更多新型的正極材料。有關(guān)動力鋰離子電池的正極材料來說，其在成本費用、安全性能、循環(huán)能力以及能量密度等多個方面都具有較為嚴格的要求。在使用材料范疇中，由于鈷酸鋰的費用較高、安全性較低，因此在詳盡的使用中通常適用于一般消費類電池，難以符合動力鋰離子電池的相關(guān)要求。而上述列舉的其他材料均已在目前的動力鋰離子電池中得到了充足的利用。在鋰離子電池材料中，負極材料屬于緊要的組成部分，能夠?qū)φw電池的性能出現(xiàn)較大影響。目前，負極材料緊要被劃分為兩個類別，一種為商業(yè)化使用的碳材料，例如天然石墨、軟碳等，另一類為正處于研發(fā)狀態(tài)，但是將來方向一片大好的非碳負極材料，例如硅基材料、合金材料、錫金材料等等。

　　1碳負極材料：此種類型的材料無論是能量密度、循環(huán)能力，還是成本投入等方面，其都處于表現(xiàn)均衡的負極材料，同時也是促使鋰離子電池誕生的緊要材料，碳材料可以被劃分為兩大類別，即石墨化碳材料以及硬碳。其中，前者緊要包括人造石墨以及天然石墨。人造石墨的形成過程為：在2500℃以上的溫度中，將軟碳材料進行石墨化解決之后得到，MCMb屬于人造石墨中比較常用的一種，其結(jié)構(gòu)為球形，表面質(zhì)地較為光滑，直徑約莫為5-40μm。由于受其表面光滑程度影響，使電極表面以及電解液之間發(fā)生反應(yīng)的幾率降低，進而降低了不可逆容量。同時，球形結(jié)構(gòu)能夠方便鋰離子在任何方向進行嵌入和脫出活動，對保障結(jié)構(gòu)穩(wěn)定具有較大的促使用途。天然石墨也具有諸多優(yōu)點，其結(jié)晶度較高、可嵌入的位置較多，并且價格較低，是較為理想的鋰離子電池材料。但其也存在一定的弊端，例如在與電解液反應(yīng)時，相容性較差，在進行粉碎時表面存在諸多缺陷等，這都將對其充電或放電的性能出現(xiàn)較大的不利影響。

　　此外，硬碳的形成過程為：在2500℃的狀態(tài)下，難以執(zhí)行石墨化的碳材料，其緊要為高分子化合物的熱解碳，通過高倍顯微鏡能夠看出，其是由許多納米小球堆積而成，整體呈現(xiàn)出花團簇狀，詳盡如圖1所示。在其表面具有大量納米孔的無定形區(qū)域，在容量方面遠遠超過石墨的標準容量，進而對循環(huán)能力出現(xiàn)較大的不利影響。

　　圖1高倍顯微鏡下的掃描電鏡圖

　　2硅負極材料：由于硅物質(zhì)的儲存量較為豐富，且價格較為低廉，因此將其作為新型負極材料使用到鋰離子電池中十分理想。但是，由于硅屬于半導(dǎo)體，電導(dǎo)率較差，并且在嵌入的過程中將會使體積膨脹成以往的數(shù)倍，最高膨脹度能夠達到370%，這將導(dǎo)致活性硅粉化和脫落，難以與電子進行充足的接觸，進而使得容量迅速縮減。要想使硅在鋰離子電池材料中得到良好的使用，使其在充電或者放電的過程中，能夠?qū)ζ潴w積進行有效的控制，進而使其容量和循環(huán)能力得到極大的保障，可以采用以下幾種方式來實現(xiàn)，第一，使用納米尺寸的硅。第二，將硅與非活性基體、活性基體、粘接劑相結(jié)合。第三，利用硅薄膜，其已經(jīng)被視為是下一代最為適用的商用負極材料。

　　3鋰離子電池正極材料

　　鈷酸鋰作為正極材料，被使用的時間最早，并且直至目前依然屬于消費電子產(chǎn)品中居于主流的正極材料。鈷酸鋰與其他正極材料相比較能夠看出，其工作過程中電壓較高，充電或者放電時電壓運行較為平穩(wěn)，能夠符合大電流的要求，具有較強的循環(huán)性能，電導(dǎo)效率較高，材料以及電池等工藝較為穩(wěn)定。但是其也存在許多缺點，例如資源較為短缺，價格較貴，鈷含有毒性，使用時具有一定的危險，并且會對環(huán)境出現(xiàn)不良影響。尤其是其安全性不能得到切實的保障，這將成為制約其廣泛發(fā)展的緊要因素。在對其進行的研究中，以Al3+、Mg2+、Ni2+等金屬陽離子摻雜最為廣泛，隨著科研的不斷推進，目前采用Al3+與Mg2+等金屬陽離子摻雜形式更是已開始投入使用。在鈷酸鋰的制備方面，緊要包括兩種辦法，即固相合成法以及液相合成法。在工業(yè)中普遍使用的是高溫固相合成法，它緊要利用鋰鹽，例如Li2CO3或LiOH等，與鈷鹽如CoCO3等，按照1:1的比例進行融合，并且在600℃至900℃高溫的狀態(tài)下進行煅燒而形成。目前市場中對鈷酸鋰材料的使用緊要為二次電池市場當中，并且也成為小型高密度鋰離子電池材料的最佳選擇。

　　三元正極材料具有較為顯著的三元協(xié)同效應(yīng)，其與鈷酸鋰相比較能夠看出，在熱穩(wěn)定性方面存在較大的優(yōu)點，并且加工成本較為低廉，能夠成為鈷酸鋰最佳代替材料。但是其密度較低、循環(huán)性能方面也有待提高。對此，可以采用改進合成工藝以及離子摻雜等進行調(diào)整。三元材料緊要使用于鋼殼、鋁殼等圓柱形鋰離子電池當中，但在軟包電池中由于受到膨脹因素影響，使其的使用受到較大限制。在將來的使用中，其發(fā)展方向緊要有兩個方面：第一，向著高錳方向，緊要在藍牙、手機等小型便攜式設(shè)備方面發(fā)展。第二，向著高鎳方向，緊要在電動自行車、電動汽車等對能量密度需求較高的范疇中進行使用。

　　磷酸亞鐵鋰在充電和放電方面具有良好的循環(huán)性能以及熱穩(wěn)定性，在使用過程中具有較強的安全保障，并且該材料綠色環(huán)保，不會對環(huán)境造成嚴重的損害，同時價格也較為低廉，被我國電池工業(yè)認為是進行大型電池模塊加工的最佳材料。目前的緊要使用范疇有：電動汽車、便攜式移動充電電源等，在將來發(fā)展中將會朝著儲能電源、便攜式電源方向深入發(fā)展。

　　錳酸鋰在使用中具有較強的安全性以及抗過充性，由于我國錳資源較為豐富，因此價格較為低廉，對環(huán)境的污染較小，無毒無害，工業(yè)制備操作較為簡便。但是其在充電或者放電過程中，由于尖晶石結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)Jahn-Teller效應(yīng)，再加上高溫狀態(tài)下錳的溶解，容易縮減電池容量，因此其使用也受到了較大的限制。目前，錳酸鋰的使用范圍緊要是小型電池，例如手機、數(shù)碼產(chǎn)品等，在動力鋰離子電池方面與磷酸鐵鋰能夠互為替代，因此出現(xiàn)了強烈的競爭，其發(fā)展方向?qū)蛑吣芰俊⒏呙芏取⒌统杀镜内厔莅l(fā)展。

　　鋰離子電池產(chǎn)品呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的態(tài)勢，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，智能手機、電腦等產(chǎn)品得到廣泛的使用，這將使得對鋰離子電池的需求量變大，為其帶來較大的發(fā)展機遇。同時，車載鋰離子以及儲能電源等也逐漸得到發(fā)展，為鋰離子電池供應(yīng)了新的上升點。由此可見，在將來的發(fā)展中，必會增強對此方面的研究力度，使鋰離子電池的用途發(fā)揮到更大，這也將帶動其電池材料不斷得到更新?lián)Q代。