锂离子电池基础知识 (2).ppt

4锂离子电池材料锂离子电池负极材料——碳负极材料不可逆容量损失固态电解质界面膜SEI主要组成为Li2CO3、ROCO2LiSEI主要在第一次充放电时产生，是不可逆容量损失的主要来源。此外，还影响电极的自放电、循环性、低温性能、安全性和功率密度。第63页，共120页，星期日，2025年，2月5日4锂离子电池材料电极电位电极反应室温下碳电极的电极电位理想的负极材料的电极电位应与金属锂接近．随锂的嵌入量不同变化不大。石墨的电极电位从0.4V到0.0V(相对于Li+/Li)之间变化，是比较合适的负极材料。锂离子电池负极材料——碳负极材料第64页，共120页，星期日，2025年，2月5日4锂离子电池材料充放电倍率充放电电流I＝C／N。其中C为电池的额定容量值：N为放电小时数。一个容量为2Ah的电池以20小时率(或0.05C，或0.05倍率)放电，则I＝100mA。I值的大小反映了电池充放电的快慢，主要与电池内部各种电极过程的速率有关。锂离子电池负极材料——碳负极材料第65页，共120页，星期日，2025年，2月5日影响因素：锂离子在正负极材料内部的扩散速率、电极表面的电化学反应速率、锂离子在电极/电解质界面的扩散速率以及锂离子在电解质中的离子迁移率。4锂离子电池材料充放电倍率液体电解质碳负极材料体系：锂离于在石墨层问的嵌入与脱出的速率决定了电池的充放电倍率。增加边缘面取向及增大比表面积锂离子电池负极材料——碳负极材料第66页，共120页，星期日，2025年，2月5日4锂离子电池材料循环性循环性：电极材料在反复充放电过程中保持电化学容量的能力。影响因素：电极材料的结构稳定性、化学稳定性、热稳定性。碳材料10％的体积变化锂离子电池负极材料——碳负极材料第67页，共120页，星期日，2025年，2月5日4锂离子电池材料锂离子电池负极材料——氧化物负极材料1、含锂氧化物，如LiWO2、Li6Fe2O3、LiNd2O5等；2、以SnO2为基的负极材料，其中M1、M2为Si、Ge、Sn、Pb、P、B、Al、As、Sb，M4为O、S、Se、Te。性能较好的是SnSi0.4Al0.2P0.6O3.6。主要是无定形锡基复合氧化物，容量高，但不可逆容量损失不可避免。3、Li4Ti5O12，是一种很好的负极候选材料，相对于金属理的电位是1.5V，因而与4V正极材料LiCoO2、LiNiO2和LiMn2O4配对．形成2.5V的电他。锂的嵌入和脱嵌不产生应变(零应变材料)，因而有很好的循环寿命。第68页，共120页，星期日，2025年，2月5日4锂离子电池材料对锂离子电池负极材料的要求替代金属锂的理想的负极材料应满足以下要求：(1)在锂嵌入的过程中电极电位变化较小，并接近金属锂；(2)有较高的比容量；(3)有较高的充放电效率；(4)在电极材料内部和表面，锂离子具有较高的扩散速率；(5)具有较高的结构稳定性、化学稳定性和热稳定性：(6)价格低廉，容易制备。研究的主要方向是开发高容量的负极材料第69页，共120页，星期日，2025年，2月5日4锂离子电池材料对锂离子电池正极材料的要求（1）正极材料应有较高的电极电位，使电池有较高的输出电压；

（2）锂离子能够在正极材料中大量的可逆地嵌入和脱嵌，以使电池有高的容量；

（3）在锂离子嵌入/脱嵌过程中，正极材料的结构应尽可能不发生变化或小发生变化，以保证电池良好的循环性能；

（4）正极的氧化还原电位在锂离子的嵌入/脱嵌过程中变化应尽可能小，使电池的电压不会发生显著变化，以保证电池平稳地充电和放电；

（5）正极材料在锂离子的嵌入/脱嵌过程中材料结构不发生塌陷，使电池的电压不会发生显著变化，以保证电池安全性；

（6）正极材料应有较高的电导率，能使电池大电流地充电和放电；

（7）正极不与电解质等发生化学反应；

（8）锂离子在电极材料中应有较大的扩散系数，便于电池快速充电和放电；

（9）价格便宜，对环境无污染。第70页，共120页，星期日，2025年，2月5日4锂离子电池材料锂离子电池正极材料电极电位锂离子电池正极材料1、作为电极材料参与电化学反应；2、作为锂离子源。大多数是含锂的过渡金属化合物，而且以氧化物为主。第71页，共120页，星期日，2025年，2月5日4锂离子电池材料锂离子电池正极材料结构LiMeO2氧化物正极材料的基本结构（1）RLi或Li+RMeMe与O形成共价键紧密配合，固定在八面体位置上。Li+从八面体的一个位置向另一个位置移动，是借助于晶格振动和氧离子摆动。振动是过渡