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【原創(chuàng)】全固態(tài)鋰離子電池三大類負極材料一覽


來源:中國粉體網(wǎng)   平安

[導(dǎo)讀]  全固態(tài)鋰離子電池三大類負極材料一覽。

中國粉體網(wǎng)訊 


鋰負極材料

鋰是全固態(tài)電池最重要的負極材料之一,具有容量高(理論容量高達3860mAh/g)和電位低的優(yōu)點,是負極材料的最終形態(tài)。但鋰在循環(huán)過程會產(chǎn)生鋰枝晶,將有短路等安全隱患;化學(xué)穩(wěn)定性差,易與空氣中的氧和水分等發(fā)生反應(yīng),給鋰金屬的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用造成了諸多困難。

加入其它金屬與鋰組成合金是解決上述問題的主要方法之一,這些合金材料一般都具有高的理論容量,并且金屬鋰的活性因其它金屬的加入而降低,可以有效控制鋰枝晶的生成和電化學(xué)副反應(yīng)的發(fā)生,從而促進了界面穩(wěn)定性。

然而,鋰合金負極存在著一些明顯的缺陷,主要是在循環(huán)過程中電極體積變化大,嚴重時會導(dǎo)致電極粉化失效,循環(huán)性能大幅下降,同時,由于鋰仍然是電極活性物質(zhì),所以相應(yīng)的安全隱患仍存在。目前,可以改善這些問題的方法主要包括合成新型合金材料、制備超細納米合金和復(fù)合合金體系(如活性/非活性、活性/活性、碳基復(fù)合以及多孔結(jié)構(gòu))等。

碳族負極材料

碳族的碳基、硅基和錫基材料是全固態(tài)電池另一類重要的負極材料。碳基以石墨類材料為典型代表,石墨碳具有適合于鋰離子嵌入和脫出的層狀結(jié)構(gòu),具有良好的電壓平臺,充放電效率在90%以上,然而理論容量較低(僅為372mA·h/g)是這類材料最大的不足,并且目前實際應(yīng)用已經(jīng)基本達到理論極限,無法滿足高能量密度的需求。




穿孔石墨烯分子(CNAP)負極嵌/脫鋰示意圖


氧化物負極材料

氧化物負極材料主要包括金屬氧化物、金屬基復(fù)合氧化物和其它氧化物。典型的氧化物負極材料有:TiO2、MoO2、In2O3、Al2O3、Cu2O、VO2、SnOx、SiOx、Ga2O3、Sb2O5、Bi2O5等,這些氧化物均具有較高理論比容量,然而在從氧化物中置換金屬單質(zhì)的過程中,大量的Li被消耗,造成巨大的容量損失,并且循環(huán)過程中伴隨著巨大的體積變化,造成電池的失效。通過與碳基材料的復(fù)合可以改善這一問題。


三類負極材料主要體系及性能
(來源:許曉雄等:為全固態(tài)鋰電池“正名”)

參考資料:

李楊等:全固態(tài)鋰離子電池關(guān)鍵材料研究進展;中國電子科技集團公司第十八研究所

劉魯靜等:全固態(tài)鋰離子電池技術(shù)進展及現(xiàn)狀;中國科學(xué)院過程工程研究所

許曉雄等:為全固態(tài)鋰電池“正名”;江西贛鋒鋰業(yè)股份有限公司

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作者:平安

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