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  • 锂离子电池产业研究之关键技术
作者:徐鹏时间:2013年11月26日
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    上一篇中小“易”向大家介绍了锂电池产业的几个概念,今天我们进入锂离子电池技术篇,了解一下锂离子电池的几个关键技术。

    锂离子电池由正极材料、负极材料、电解液、隔膜和配套材料组成。正负极材料均具有能使锂离子可逆进出的功能,充电时锂离子由正极材料迁移到负极成为高能态,放电时则相反,并在外电路形成从正极到负极的电流释放能量。充放电时候锂离子在正负电极上的嵌入脱嵌,故也被比喻为摇椅电池。

    正极材料的发展支撑着锂离子电池技术的进步,材料的发展带动了电池性能的个性化发展,产生了适用于不同条件下的锂离子电池种类。钴酸锂是目前应用最广泛的正极材料,具有开路电压高、能量密度大、循环寿命长等特点。其制作的锂电池主要用于通讯数码产品领域。但是钴的价格较高且钴酸锂毒性大,目前已经进入瓶颈期。磷酸铁锂是目前最具有发展前景的正极材料,其价格低、热稳定性好、无污染、充放电循环性能优异,有望用于动力电池领域为电动汽车提供电源。不过技术门槛较高,而且电池能量密度相对较小。其他的材料还有镍钴锰酸锂、锰酸锂、镍酸锂等等。

    负极材料的一般选用具有良好空穴,能较好的嵌入脱嵌锂离子的材料。中间相炭微球(MCMB)是已商品化的碳负极材料中最具有实力的,材料的微观堆积紧密,电极密度高,电极的副反应少,不可逆的容量损失小。而改性天然石墨因为其低廉的价格和较为优异的性能指标,也得到了关注并在一定程度上替代了部分的MCMB的使用。其他负极材料还包括氮化物、硅基负极材料、锡基材料、新型合金材料等等。

    电解质和隔膜也是锂离子电池中至关重要的一部分。电池的反应是分别发生在两极,电解质除了提供反应环境、提供反应物质外,还传导电流降低内阻。电解质的好坏直接影响锂离子电池的性能,一般使用有机混合溶剂,至少由一种挥发性小、介电常数高的有机溶剂和一种较低粘度和易挥发的有机溶剂组成。同时电解液的凝固温度成为电池使用的温度下限,使用低温电解液可以得到能在零下40度严寒条件下使用的电池。隔膜是用来分割电池的正负极,防止两极接触短路的部件,同时要能让电解质通过。由于聚乙烯、聚丙烯薄膜具有较高的孔隙率、较低的电阻、较高的拉伸强度、较好的耐酸碱性能、良好的机械加工能力以及对非质子溶剂的稳定性,在商品化的产品中应用非常广泛。隔膜也是产品中高技术高附加值的部分,对产品的安全性能也有至关重要的影响。

    最新的聚合物锂离子电池是指使用聚合物作为电解质的电池。不使用液体电解质,避免有机电解质的泄露,全塑料结构便于装配。同时可以有效的避免金属锂的生成,消除内部短路的隐患。而聚合物的加工便利性为电池的外形设计提供了充足的空间。常用的聚合物电解质有固体聚合物电解质和凝胶聚合物电解质,主要区别是后者含有液体增塑剂。从性能上看,凝胶聚合物电解质的电导率比固体聚合物提高了2个数量级,成为此类电池的主流技术。

    此外,由于单个锂电池的工作电压约为3.7V,在不同的应用需求下需要设计并管理电池组,良好的设计和管理是电池组能长期稳定运行的最关键因素。

    “易”招商锂离子产业研究之技术篇(篇二)就谈到这里,下次,小“易”将与各位继续分享“锂离子电池应用篇”(篇三),介绍锂离子电池的应用领域。


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