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鋰離子電池的負極材料的種類以及發展趨勢分析

鉅大LARGE  |  點擊量:2383次  |  2021年06月08日  

隨著社會的快速發展,我們的鋰離子電池也在快速發展,那么你了解鋰離子電池的負極材料的詳細資料解析嗎?


鋰離子電池的負極是通過將負極活性物質碳材料或非碳材料,粘合劑和添加劑混合制成糊狀膠而制成的,糊狀膠均勻地涂在銅箔的兩面上,干燥并壓延。負電極材料是鋰離子電池的主體,用于存儲鋰,從而允許鋰離子在充電和放電過程中插入和取出。當對鋰離子電池充電時,正極中的鋰原子被離子化為鋰離子和電子,并且鋰離子移動至負極以與電子合成鋰原子。在放電期間,鋰原子從石墨晶體中的負極表面離子化為鋰離子和電子,并且鋰原子在正極處合成。


負極材料在電池充電過程中是鋰離子和電子的載體,并起著能量儲存和釋放的用途。在電池成本中,負極材料約占5%-15%,這是鋰離子電池的重要原材料之一。


負極材料重要影響鋰離子電池的第一效率和循環性能。負極材料的性能也直接影響鋰離子電池的性能。負極材料約占鋰離子電池總成本的5%至15%。陽極材料的類型包括碳基陽極和非碳陽極。從技術角度來看,未來鋰離子電池的負極材料將表現出多種特性。隨著技術的進步,目前的鋰離子電池負極材料已經從單一的人造石墨發展為天然石墨,中間相碳微球,人造石墨,軟碳/硬碳,無定形碳,鈦酸鋰,硅。各種陽極材料,例如碳合金。

鋰離子電池負極材料的全球銷量約為10萬噸,重要銷往我國和日本。根據當前新能源汽車的上升趨勢,對陽極材料的需求將繼續上升。目前,世界鋰離子電池負極材料仍以天然/人造石墨為主,新型負極材料如中碳微球(MCMB),鈦酸鋰,硅基負極,HC/SC和鋰金屬也在迅速上升。


當前重要使用的負極材料是天然石墨和人造石墨,其中天然石墨重要用于3C領域,而人造石墨重要用于電力領域。傳統石墨材料的能量密度上限為372mAh/g,與當前陰極材料的能量密度相比具有相當大的余量。盡管價格高昂或技術不成熟,但受制于未來能量密度和高速率放電的要求,盡管中間相碳微球(MCMB),鈦酸鋰和硅基負載材料等高端陽極材料仍然受到人們的歡迎。逐漸進入對性能有更高要求的市場。全面,高級的電池負極材料應用。


石墨具有電導率高,鋰離子擴散系數大,鋰插入前后體積變化小,鋰插入容量高,鋰插入電位低的優點,已成為當前主流的商業鋰離子負極材料。然而,由于石墨自身結構特點的制約,石墨負極材料的發展也遇到了瓶頸。假如容量已達到極限,則無法滿足大型動力鋰離子電池所需的持續大電流放電能力。因此,工業開始集中于石墨材料。


石墨具有許多優良的性能,因此廣泛用于冶金,機械,電氣,化工,紡織,特種和其他工業部門,例如石墨模具,石墨電極,石墨耐火材料,石墨潤滑材料,石墨密封材料等。我國是世界上石墨儲量最豐富的國家,也是最大的生產國和出口國。它在世界石墨行業中占有重要地位。根據國土資源部的統計,我國擁有結晶石墨儲量3085萬噸,基礎儲量5280萬噸。隱晶石墨儲量為1358萬噸,基本儲量為2371萬噸。我國的石墨儲量占世界的70%以上。


硅是一種半導體材料,其自身的電導率很低。在電化學循環中,鋰離子的插入和提取將使材料的體積膨脹和收縮300%以上。機械力將逐漸粉碎材料,導致結構崩潰,并最終導致電極活性材料和集電器。拆卸,失去電接觸,導致電池循環性能大大降低。與傳統的石墨陽極相比,硅具有極高的理論比容量和較低的脫鋰電勢,并且硅的電壓平臺略高于石墨。充電過程中難以在表面上引起鋰,并且具有更好的安全性能。


硅的電壓平臺比石墨高了一點,這樣的好處就是充電時候析鋰的可能性不大,安全性能上,較石墨有很大的優勢。從硅的來源來看,硅是地殼中豐度最高的元素之一,來源廣泛,價格便宜。以上就是鋰離子電池的負極材料的有關知識的詳細解析,要大家不斷在實際中積累相關經驗,這樣才能設計出更好的產品,為我們的社會更好地發展。

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