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聚合物锂离子电池的技术发展

发布时间:2014/5/16 点击:2327 字体大小: 返回

能源和环境是人类进入21世纪必须面临的两个严肃疑问,开发新动力和清洁可再生动力是往后世界经济中最具决定性影响的技能领域之一。锂离子电池自面世以来开展极快,这是因为它正巧满意了移动通讯和笔记本电脑迅猛开展对电源小型化、轻量化、长工作时间、长寿数、无回忆效应和对环境无公害等的需求。而聚合物固态电解质替代液体电解质来制作聚合物锂离子电池,则是锂离子电池的一个严重进步,其首要优点是具有高的可靠性和加工性,可以做满意塑布局,从而使制作超薄及自由度大的电池的愿望得以完成。

1. 锂离子电池的布局特色
锂离子电池的正负极活性物质均为嵌入化合物,充电时Li+从正极脱出,经过电解质刺进到负极;放电时则相反,电池的充放电进程实际上是Li+在两个电极之间来回嵌入和脱出的进程,故这种电池又称为“摇椅电池”(Rocking Chair Batteries,缩写为RCB)。

2. 聚合物锂离子电池技能

2.1 聚合物锂离子电池的功能特色
聚合物锂离子电池是指电解质运用固态聚合物电解质(SPE)的锂离子电池。电池由正极集流体、正极膜、聚合物电解质膜、负极膜、负极集流体紧压复组成型,外包封铝塑复合薄膜,并将其边际热熔封合,得到聚合物锂离子电池。因为电解质膜是固态,不存在漏液疑问,在电池规划上自由度较大,可根据需要进行串并联或选用双极布局。
聚合物锂离子电池具有以下特色:①塑形灵活性;②更高的质量比能量(3倍于MH-Ni电池);③电化学安稳窗口宽,可达5V;④完满的安全可靠性;⑤更长循环寿数,容量丢失少;⑥体积利用率高;⑦广泛的使用领域。
其工作功能指标如下:工作电压:3.8V;比能量:130Wh/kg,246Wh/L;循环寿数:>300;自放电:<0.1%/月;工作温度:253-328K;充电速度:1h到达80%容量;3h到达100%容量;环境要素:无毒。

2.2 正极资料
锂离子电池的特性和报价都与它的正极资料密切相关,一般而言,正极资料应满意:⑴在所需求的充放电电位范围内,具有与电解质溶液的电化学相容性;⑵温文的电极进程动力学;⑶高度可逆性;⑷全锂状态下在空气中安稳功能好。跟着锂离子电池的开展,高功能、低本钱的正极资料研讨工作在不断地进行。当前,研讨首要集中于锂钴氧化物、锂镍氧化物和锂锰氧化物等锂的过渡金属氧化物

锂钴氧化物(LiCoO2)属于α-NaFeO2型布局,具有二维层状布局,适合锂离子的脱嵌。因为其制备技术较为简洁、功能安稳、比容量高、循环功能好,当前商品化的锂离子电池大都选用LiCoO2作为正极资料。其组成办法首要有高温固相组成法和低温固相组成法,还有草酸沉淀法、溶胶凝胶法、冷热法、有机混合法等软化学办法。

锂镍氧化物(LiNiO2)为岩盐型布局化合物,具有杰出的高温安稳性。因为自放电率低、对电解液的需求低、不污染环境、资本相对丰厚且报价适合,是一种很有期望替代锂钴氧化物的正极资料。当前LiNiO2首要经过Ni(NO3)2、Ni(OH)2、NiCO3、NiOOH和LiOH、LiNO3及LiCO3经固相反响组成。LiNiO2的组成比LiCoO2艰难,其首要缘由是在高温条件下化学计量比的LiNiO2简单分解为Li1-xNi1+xO2,过量的镍离子处于NiO2平面之间的锂层中,阻碍了锂离子的分散,将影响资料的电化学活性,一起因为Ni3+比Co3+难得到,因而的组成必须在氧气气氛中进行[2]。

锂锰氧化物是传统正极资料的改性物,当前使用较多的是尖晶石型LixMn2O4,它具有三维地道布局,更适合锂离子的脱嵌。锂锰氧化物质料丰厚、本钱低价、无污染、耐过充性及热安全性非常好,对电池的安全保护装置需求相对较低,被认为是最具有开展潜力的锂离子电池正极资料。Mn溶解、Jahn-Teller效应及电解液的分解被认为是致使锂锰氧化物为正极资料的锂离子电池容量丢失的最首要缘由。

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