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锂澳门新葡萄京app正极材料有哪些

自锂澳门新葡萄京app被发明以来,由于其作为新能源储能电源的理想澳门新葡萄京app,一直为澳门新葡萄京app行业研究的重点,发展到如今,锂澳门新葡萄京app正极材料有哪些呢?主要有LCo(钴酸锂)、LMO(锰酸锂)、NCM(三元系)、NCA(二元系)、LFP(磷酸铁锂)。下面就先容一下它们各自的特性:

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1、锂澳门新葡萄京app正极材料:LCo(钻酸锂)

(1)钴酸锂的优势:

1)电化学性能优越:每循环一周期容量平均衰减<0.05%,首次放电比容量>135mAh/g,

3.6V初次放电平台比率>85%。

2)加工性能优异。

3)振实密度大,有助于提高澳门新葡萄京app体积比容量。

4)产品性能稳定,一致性好。

5)工作电压高、放电平稳、比能量高、循环性能好等优点。

6)适合大流量放电和锂离子的嵌入和脱出,在锂离子澳门新葡萄京app中得到率先使用。

(2)钴酸锂的缺点:

1)LiCo02的实际容量约为140mA穐/g,只有理论容量(274mA穐/g)的约50%。

2)且在反复的充放电过程中,因锂离子的反复嵌入和脱出,使活性物质的结构在多次收缩和膨胀后发生改变,导致LiCo02内阻增大,容量减小。

2、锂澳门新葡萄京app正极材料:LMO(锰酸锂)

用于锂离子澳门新葡萄京app正极材料的LiMn204具有尖晶石结构。其理论容量为148mAh/g,实际容量为90~

120mAh/g。工作电压范围为3~4V。该正极材料的主要优点为:锰资源丰富、价格便宜,安全性高,比较容易制备。缺点是理论容量不高;材料在电解质中会缓慢溶解,即与电解质的相容性不太好;在深度充放电的过程中,材料容易发生晶格崎变,造成澳门新葡萄京app容量迅速衰减,特别是在较高温度下使用时更是如此。为了克服以上缺点,近年新发展起来了一种层状结构的三价锰氧化物LiMnO2。该正极材料的理论容量为286 mAh/g,实际容量为已达200mAh/g左右。工作电压范围为3~4.5V。虽然与尖晶石结构的LiMn204相比,LiMnO2在理论容量和实际容量两个方面都有较大幅度的提高,但仍然存在充放电过程中结构不稳定性问题。在充放电过程中晶体结构在层状结构与尖晶石结构之间反复变化,从而引起电极体积的反复膨胀和收缩,导致澳门新葡萄京app循环性能变坏。而且LiMnO2也存在较高工作温度下的溶解问题。解决这些问题的办法是对LiMnO2进行掺杂和表面修饰。

3、锂澳门新葡萄京app正极材料:NCM(三元系)

NCM是指正极材料由镍钻锰三种材料由一定比例组合而成,每个字母对应的都是相关元素的化学首字母。一个基础事实是,随着镍元素含量的升高,三元正极材料的比容量逐渐升高,电芯的能量密度也会随之提高。因此,在NCM澳门新葡萄京app中,按照三者含量不同,NCM材料可分为NCM111、NCM523、NCM622、NCM811等,其中后面的数字代表的就是三者的比例。在对续航里程要求越来越高的需求下,澳门新葡萄京app的比能量需要更高,再加上作为稀有金属的钻价格不断上涨之下,高镍体系的NCM811将成为未来重要的发展方向。

NCM优点:比容量高、循环寿命长、安全性能好、价格低廉

NCM缺点:

1.材料的首次充放电效率低.

2.锂层中阳离子的混排,对材料的首次充放电效率及循环稳定性都有影响.

3.材料的放电电压平台较LiCo0。低,有待提高.

离子掺杂改性

锂离子澳门新葡萄京app的输出功率与材料中的电子电导及锂离子的离子电导都有直接关系,所以以不同手段提高电子电导及离子电导是提高材料的关键。

阳离子等价态掺杂:等价态掺杂后不会改变原来材料中原子的化合价,但是一般可以稳定材料结构,扩展离子通道,提高材料的离子电导率。

阳离子不等价态掺杂:掺杂价态更低的离子会导致过度元素的价态升高,即产生空穴,改变材料的能带结构,大幅提高材料的电子电导。

阴离子掺杂技术:阴离子掺杂多见于F-取代02,通过氟离子体相掺杂可以使材料的结晶度更好,从而增加材料的稳定性。

表面包覆改性

用金属氧化物(A13O3,ZnO,ZrO,等)修饰三元材料表面,使材料与电解液机械分开,减少材料与电解液副反应,抑制金属离子的溶解,优化材料的循环性能。

同时表面包覆还可以减少材料在反复充放电过程中材料结构的坍塌,对材料的循环性能是有益的。

4、锂澳门新葡萄京app正极材料:NCA(二元系)

由于NCA材料的技术壁垒高,目前产能主要集中在日韩,我国量产较少。主要供应商有住友金属(Sumitomo)、日本化学产业株式会社和户田化学(Toda),韩国的Ecopro和GSEM也有少量产品销售。

NCA澳门新葡萄京app在中国还未能大量生产,主要的难点在于:

(1)高镍材料荷电状态下的热稳定性较差,导致澳门新葡萄京app的安全性下降,使得澳门新葡萄京app生产企业和终端产品用户对NCA澳门新葡萄京app的安全性心存顾虑,需要从电芯设计、电源系统设计、电源使用等环节进行系统可靠的安全设计。

(2)充放电过程存在严重的产气,这会导致澳门新葡萄京app鼓胀变形,循环及搁置寿命下降,澳门新葡萄京app存在安全隐患,所以通常采用耐压的圆柱澳门新葡萄京app壳制作NCA澳门新葡萄京app,降低了产气量以控制澳门新葡萄京app鼓胀变形问题。

(3)NCA要求在澳门新葡萄京app生产全过程均要控制湿度在10%以下,而其他材料目前只需注液工序对湿度进行严格控制。这对国内企业形成了很大的挑战。

5、锂澳门新葡萄京app正极材料:LFP(磷酸铁锂)

LFP有如下优点:

(1)氧离子与P5+通过强的共价键结合形成(PO)43+,即便是在全充态,O原子也很难脱出,提高了材料的稳定性和安全性;

(2)LFP在小电流充放电下实际比容量可以达到140mAh.g1以上,并且结构不被破坏,与LiCoO2的比容量相当;

(3)安全性能好;

(4)循环性能好(在100%DOD条件下,可以充放电2000次以上);

(5)耐过充性能好,有利于澳门新葡萄京app组合使用;

(6)原料来源丰富、价廉;

(7)环境友好,不含任何对人体有害的重金属元素;

(8)热稳定性好;

磷酸铁锂的缺点:

(1)电子导电率低

(2)离子扩散系数低

(3)振实密度不高

(4)合成成本略高

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