什么是三元聚合物鋰電池?三元聚合物鋰電池用料分析

鋰電池也就是鋰離子電池，根據(jù)分類(lèi)的不同，鋰電池分為三元聚合物鋰電池、手機(jī)鋰電池等等。為增進(jìn)大家對(duì)鋰電池的認(rèn)識(shí)，本文將對(duì)三元聚合物鋰電池、三元聚合物鋰電池材料予以介紹。如果你對(duì)鋰電池具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、三元聚合物鋰電池簡(jiǎn)介

三元聚合物鋰電池,是指正極材料使用鎳鈷錳酸鋰(Li(NiCoMn)O2)或者鎳鈷鋁酸鋰的三元正極材料的鋰電池，三元復(fù)合正極材料是以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽為原料，里面鎳鈷錳的比例可以根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整，三元材料做正極的電池相對(duì)于鈷酸鋰電池安全性高，但是電壓太低，用在手機(jī)上(手機(jī)截止電壓一般在3.0V左右)會(huì)有明顯的容量不足的感覺(jué)。

鋰離子電池是用鋰作負(fù)極活性物質(zhì)的化學(xué)電池。鋰的標(biāo)準(zhǔn)電極電位最負(fù)，在金屬中比重最輕，反應(yīng)活潑性最高，因而鋰電池的電動(dòng)勢(shì)和比能量很高，是一種重要的高能電池。 鋰電池的正極活性物質(zhì)有氧化物、硫化物、鹵化物、鹵素、含氧酸鹽等無(wú)機(jī)電極材料，如二氧化錳、二氧化硫、硫化銅、鉻酸銀、聚氟化碳、亞硫酰氯、碘等;也可以電子導(dǎo)電聚合物作正極材料，如聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩、聚咔唑等，又稱(chēng)為聚合物電池。鋰電池的電解質(zhì)為非水溶液、固體和熔融鹽。非水溶液電解質(zhì)由有機(jī)溶劑或非水無(wú)機(jī) 溶劑加入無(wú)機(jī)鹽組成，采用的有機(jī)溶劑主要有碳酸丙烯酯、二甲基丙酰胺、乙腈、γ-丁內(nèi)酯等;非水無(wú)機(jī)溶劑有亞硫酰氯、液體二氧化硫等。無(wú)機(jī)鹽有高氯酸鋰、氯化鋁鋰、氟硼酸鋰、溴化鋰等。因鋰和水接觸立即發(fā)生激烈反應(yīng)， 所以不僅電解質(zhì)不能采用水溶液，而且全部材料和零部件均需嚴(yán)格脫水，并可靠密封。鋰離子電池作為一種集高能量密度和高電壓為一體的儲(chǔ)能裝置，已廣泛應(yīng)用于移動(dòng)和無(wú)線(xiàn)電子設(shè)備、電動(dòng)工具、混合動(dòng)力和電動(dòng)交通工具等領(lǐng)域。

三元聚合物鋰電池是指正極材料使用鋰鎳鈷錳或者鎳鈷鋁酸鋰的三元正極材料的鋰電池，鋰離子電池的正極材料有很多種，主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等。其中磷酸鐵鋰作為正極材料的電池充放電循環(huán)壽命長(zhǎng)，但其缺點(diǎn)是能量密度、高低溫性能、充放電倍率特性均存在較大差距，且生產(chǎn)成本較高，磷酸鐵鋰電池技術(shù)和應(yīng)用已經(jīng)遇到發(fā)展的瓶頸;錳酸鋰電池能量密度低、高溫下的循環(huán)穩(wěn)定性和存儲(chǔ)性能較差，因而錳酸鋰僅作為國(guó)際第1代動(dòng)力鋰電的正極材料;而多元材料因具有綜合性能和成本的雙重優(yōu)勢(shì)日益被行業(yè)所關(guān)注和認(rèn)同，逐步超越磷酸鐵鋰和錳酸鋰成為主流的技術(shù)路線(xiàn)。三元材料的電芯代替了廣泛使用的鈷酸鋰電芯，在筆記本電池領(lǐng)域廣泛使用。

二、三元聚合物鋰電池NCA材料

具有層狀結(jié)構(gòu)的LCO是早期主要的商用正極材料，其綜合性能優(yōu)異，其理論比容量274 m Ah/g。但使用的Co金屬成本高且具有生理毒性，國(guó)內(nèi)大多企業(yè)已停止對(duì)LCO的生產(chǎn)。鎳酸鋰具有與LCO相似的結(jié)構(gòu)特征，理論比容量(27 mAh/g)，原料成本低，但其電子結(jié)構(gòu)、磁性結(jié)構(gòu)和局部結(jié)構(gòu)仍存在很大爭(zhēng)議，實(shí)驗(yàn)上還不能合成化學(xué)計(jì)量比的LiNiO2，所以純鎳正極并不理想。用其他元素(如 Co，Al，Mn 等)取代部分 Ni的富鎳層狀氧化物具有較大的可逆容量，是鎳基儲(chǔ)能領(lǐng)域眾多研究中最具吸引力的一種。Co的摻入顯著增強(qiáng)了鎳基正極材料的結(jié)構(gòu)有序性，但會(huì)降低材料比容量，在 Ni：Co=8：2 時(shí)，所制備的 LiNi0.8Co0.2O2材料性能最優(yōu)且陽(yáng)離子混排程度低于2%，但性能受高溫影響較大。富鎳層狀氧化物的容量和電位在長(zhǎng)期的循環(huán)過(guò)程中會(huì)迅速衰減，不可避免地會(huì)影響能量的穩(wěn)定輸出，少量 Al 的摻入能穩(wěn)定材料結(jié)構(gòu)同時(shí)提高材料熱穩(wěn)定性，以增強(qiáng)其充放電過(guò)程中的循環(huán)能力和穩(wěn)定性。NCA 材料由于其優(yōu)異的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和高容量，是一種很有前途的材料。但是，NCA 材料的循環(huán)性和倍率性能仍然限制了其大規(guī)模應(yīng)用。層狀巖鹽正極材料由于結(jié)構(gòu)缺陷影響電化學(xué)性能，鎳基化合物中常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)缺陷有多余鎳、鋰鎳反位和氧空位缺陷。NCA三元材料也存在一些缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

(1)在材料合成高溫退火時(shí)，Ni較差的熱穩(wěn)定性會(huì)導(dǎo)致其還原為Ni，由于Ni半徑(0.69 ?)與Li半徑(0.76 ?)相近，在充電過(guò)程中隨著Li的脫出，部分Ni會(huì)占據(jù)Li的空位，造成鋰鎳反位缺陷，生成不可逆相，導(dǎo)致材料容量損失;

(2)高氧化態(tài)的 Ni、Ni在高溫條件下極不穩(wěn)定，且易與電解液釋放的HF發(fā)生副反應(yīng)，造成材料結(jié)構(gòu)發(fā)生變化甚至坍塌，從而影響材料的比容量及循環(huán)性能。針對(duì)這些缺點(diǎn)，通常對(duì)材料進(jìn)行改性處理，主要使用的改性方法可概括為表面包覆和體相摻雜。表面包覆是將包覆材料(碳及其衍生物、氧化物、磷酸鹽、鋰化物等)附著在正極材料表面，是一種十分簡(jiǎn)單有效的改性方法，要求所使用的包覆材料具有較好的Li和電子傳輸性能，一方面可以提高 NCA 材料的電子電導(dǎo)率，進(jìn)而改善材料的倍率性能;另一方面，包覆層可以減少 NCA 材料與電解液的直接接觸面積，降低電解液釋放的 HF 與材料的副反應(yīng)發(fā)生的幾率，從而防止因正極材料被腐蝕造成的晶體結(jié)構(gòu)坍塌，顯著提高電池在循環(huán)過(guò)程中的穩(wěn)定性 。

以上便是此次小編帶來(lái)的“鋰電池”相關(guān)內(nèi)容，通過(guò)本文，希望大家對(duì)三元聚合物鋰電池具備一定的了解。如果你喜歡本文，不妨持續(xù)關(guān)注我們網(wǎng)站哦，小編將于后期帶來(lái)更多精彩內(nèi)容。最后，十分感謝大家的閱讀，have a nice day!