锂电池正负极常用的电子材料都有什么样的特性？应用都有那些地方？

锂离子电池常用的正极资料有锰酸锂，钴酸锂，磷酸铁锂以及三元资料等，常用的负极资料包含碳资料及硅基资料等。

离子电池在运用的进程中，能够进行二次充电，归于一种二次可充电电池，首要作业原理为锂离子在正负极之间的反复移动，不管电池的形状怎么，其首要组成部分都为电解液、正极片、负极片以及隔阂。现在，国际上锂离子电池的出产地首要集中在我国、日本和韩国，首要的锂离子运用市场为手机和电脑及汽车。

图/锂离子电池现已广泛运用于日子傍边

跟着锂离子电池的不断开展，运用领域也在逐步的扩展，其在正极资料的运用方面现已由单一化向多元化的方向改变，其中包含：橄榄石型磷酸亚铁锂、层状钴酸锂、尖晶石型锰酸锂等等，完成多种资料的并存。

从技术开展方面能够看出，在日后的开展中还会发生更多新式的正极资料。对于动力电池的正极资料来说，其在成本费用、安全功能、循环才能以及能量密度等多个方面都具有较为严格的要求。

在运用资料领域中，因为钴酸锂的费用较高、安全性较低，因而在详细的运用中一般适用于一般消费类电池，难以符合动力电池的相关要求。而上述罗列的其他资料均已在现在的动力电池中得到了充分的运用。

在锂离子电池资猜中，负极资料归于重要的组成部分，能够对全体电池的功能发生较大影响。现在，负极资料首要被划分为两个类别，一种为商业化运用的碳资料，例如天然石墨、软碳等，另一类为正处于研制状况，可是市场前景一片大好的非碳负极资料，例如硅基资料、合金资料、锡金资料等等。

图/硅碳负极资料结构示意图

碳负极资料

此种类型的资料不管是能量密度、循环才能，还是成本投入等方面，其都处于表现均衡的负极资料，一起也是促进锂离子电池诞生的首要资料，碳资料能够被划分为两大类别，即石墨化碳资料以及硬碳。其中，前者首要包含人工石墨以及天然石墨。

图/人工石墨图

人工石墨的构成进程为：在2500℃以上的温度中，将软碳资料进行石墨化处理之后得到，MCMB归于人工石墨中比较常用的一种，其结构为球形，外表质地较为润滑，直径大约为5-40μm。因为受其外表润滑程度影响，使电极外表以及电解液之间发生反响的几率降低，从而降低了不可逆容量。一起，球形结构能够便利锂离子在任何方向进行嵌入和脱出活动，对保证结构安稳具有较大的促进作用。

天然石墨也具有诸多优势，其结晶度较高、可嵌入的位置较多，而且价格较低，是较为理想的锂离子电池资料。但其也存在必定的弊端，例如在与电解液反响时，相容性较差，在进行粉碎时外表存在诸多缺点等，这都将对其充电或放电的功能发生较大的晦气影响。

此外，硬碳的构成进程为：在2500℃的状况下，难以施行石墨化的碳资料，其首要为高分子化合物的热解碳，通过高倍显微镜能够看出，其是由许多纳米小球堆积而成，全体呈现出花团簇状。在其外表具有很多纳米孔的无定形区域，在容量方面远远超过石墨的标准容量，从而对循环才能发生较大的晦气影响。

硅负极资料

因为硅物质的储存量较为丰厚，且价格较为低价，因而将其作为新式负极资料运用到锂离子电池中十分理想。可是，因为硅归于半导体，电导率较差，而且在嵌入的进程中将会使体积胀大成以往的数倍，最高胀大度能够到达370%，这将导致活性硅粉化和掉落，难以与电子进行充分的触摸，从而使得容量迅速缩减。

图/纳米硅和二氧化硅复合负极资料

要想使硅在锂离子电池资猜中得到良好的运用，使其在充电或许放电的进程中，能够对其体积进行有用的控制，从而使其容量和循环才能得到极大的保证，能够选用以下几种方式来完成，榜首，运用纳米尺寸的硅。第二，将硅与非活性基体、活性基体、粘接剂相结合。第三，运用硅薄膜，其现已被视为是下一代最为适用的商用负极资料。

锂离子电池正极资料

1.钴酸锂

作为正极资料，被运用的时刻最早，而且直至现在依然归于消费电子产品中居于干流的正极资料。钴酸锂与其他正极资料相比较能够看出，其作业进程中电压较高，充电或许放电时电压运行较为平稳，能够符合大电流的要求，具有较强的循环功能，电导效率较高，资料以及电池等工艺较为安稳。

图/钴酸锂晶体结构

可是其也存在许多缺点，例如资源较为短缺，价格较贵，钴含有毒性，运用时具有必定的危险，而且会对环境发生不良影响。尤其是其安全性不能得到实在的保证，这将成为限制其广泛开展的重要因素。

在对其进行的研讨中，以Al3+、Mg2+、Ni2+等金属阳离子掺杂最为广泛，跟着科研的不断推动，现在选用Al3+与Mg2+等金属阳离子掺杂方式更是已开始投入运用。

在钴酸锂的制备方面，首要包含两种方法，即固相组成法以及液相组成法。在工业中遍及运用的是高温固相组成法，它首要运用锂盐，例如Li2CO3或LiOH等，与钴盐如CoCO3等，按照1:1的比例进行交融，而且在600℃至900℃高温的状况下进行煅烧而构成。现在市场中对钴酸锂资料的运用首要为二次电池市场傍边，而且也成为小型高密度锂离子电池资料的最佳选择。

2.三元正极资料

具有较为明显的三元协同效应，其与钴酸锂相比较能够看出，在热安稳性方面存在较大的优势，而且出产成本较为低价，能够成为钴酸锂最佳代替资料。可是其密度较低、循环功能方面也有待进步。对此，能够选用改善组成工艺以及离子掺杂等进行调整。

锂电池常用正负极资料特性及运用领域

图/三元正极资料综合功能图示

三元资料首要运用于钢壳、铝壳等圆柱形锂离子电池傍边，但在软包电池中因为遭到胀大因素影响，使其的运用遭到较大限制。在未来的运用中，其开展方向首要有两个方面：榜首，向着高锰方向，首要在蓝牙、手机等小型便携式设备方面开展。第二，向着高镍方向，首要在电动自行车、电动汽车等对能量密度需求较高的领域中进行运用。

3.磷酸亚铁锂

在充电和放电方面具有良好的循环功能以及热安稳性，在运用进程中具有较强的安全保证，而且该资料绿色环保，不会对环境形成严峻的损害，一起价格也较为低价，被我国电池工业认为是进行大型电池模块出产的最佳资料。现在的首要运用领域有：电动汽车、便携式移动充电电源等，在未来开展中将会朝着储能电源、便携式电源方向深入开展。

锂电池常用正负极资料特性及运用领域

图/磷酸铁锂电池内部结构

4.锰酸锂

在运用中具有较强的安全性以及抗过充性，因为我国锰资源较为丰厚，因而价格较为低价，对环境的污染较小，无毒无害，工业制备操作较为简洁。可是其在充电或许放电进程中，因为尖晶石结构不安稳，简单发生Jahn-Teller效应，再加上高温状况下锰的溶解，简单缩减电池容量，因而其运用也遭到了较大的限制。

锂电池常用正负极资料特性及运用领域

图/锰酸锂尖晶石结构

现在，锰酸锂的运用规模首要是小型电池，例如手机、数码产品等，在动力电池方面与磷酸铁锂能够互为代替，因而发生了激烈的竞赛，其开展方向将会向着高能量、高密度、低成本的趋势开展。

结束语

锂离子电池产品呈现出蓬勃开展的态势，跟着科学技术的开展，智能手机、电脑等产品得到广泛的运用，这将使得对锂离子电池的需求量变大，为其带来较大的开展机遇。一起，车载锂离子以及储能电源等也逐步得到开展，为锂离子电池提供了新的增长点。由此可见，在未来的开展中，必会加强对此方面的研讨力度，使锂离子电池的作用发挥到更大，这也将带动其电池资料不断得到更新换代。