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高壓鋰離子電池的重要材料和技術(shù)現(xiàn)狀

高壓鋰離子電池的性能重要取決于活性材料和電解液的結(jié)構(gòu)和性能。下面分析了高壓陰極材料的研究現(xiàn)狀和應(yīng)用現(xiàn)狀。

1.高壓鈷酸鋰材料的研究現(xiàn)狀

目前，鋰鈷氧化物作為一種高壓陽極材料得到了廣泛的研究和應(yīng)用。該結(jié)構(gòu)為非nafeo2型，更適合鋰離子的插入和彈出。氧化鈷鋰的理論能量密度為274mAh/g，生產(chǎn)工藝簡單，電化學(xué)性能穩(wěn)定，市場占有率高。在實(shí)際應(yīng)用中，只有部分鋰離子可以被可逆地嵌入和噴出，實(shí)際能量密度約為167mAh/g(工作電壓為4.35v)。提高工作電壓可以顯著提高能量密度。例如，將工作電壓從4.2v提高到4.35v，可以使能量密度提高16%左右。

但在高電壓鋰離子從材料嵌入和多次使鈷酸鋰的結(jié)構(gòu)從三方晶系、單斜晶系變化,鈷酸鋰材料此時(shí)不再有能力嵌入鋰離子,與此同時(shí),松動(dòng)和脫落的陽極材料的收集流體粒子,導(dǎo)致電池內(nèi)部電阻,電化學(xué)性能變差。

目前，氧化鋰鈷正極材料的改性重要從摻雜和包覆兩個(gè)方面提高材料的晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和界面穩(wěn)定性。

電流高電壓對(duì)鈷酸鋰材料被用在高能量密度電池,如高端手機(jī)電池制造商越來越高的電池性能的要求,重要體現(xiàn)在需求更高的能量密度,如碳要求4.35V電池陰極的能量密度大約660wh/L,4.4V的電池已達(dá)到約740wh/L,這要陽極材料具有較高的壓實(shí)密度,較高的空體積，以及材料在高壓和高壓下的結(jié)構(gòu)有較好的穩(wěn)定性。但氧化鈷鋰電極材料存在鈷資源匱乏、價(jià)格昂貴、鈷離子具有一定毒性等缺點(diǎn)，限制了其在動(dòng)力鋰電池中的廣泛應(yīng)用。

2.三元材料的研究現(xiàn)狀

為了減少鈷的含量，提高電池的安全性能，研究人員開始關(guān)注分層的三元高壓材料(LiNixCoyMn1-x-yo2或linixcoyal1-x-yo2)。在這些三元材料中，鎳(Ni)起著供應(yīng)容量的用途，鈷(Co)可以減少鋰(Li)與鎳的混合，錳(Mn)或鋁(Al)可以提高層狀材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而提高電池的安全性能。這種電池重要用于一般的數(shù)字電池，如可充電電池、商用備用電池等，作為鋰鈷氧化物的替代品，以提高電池的價(jià)格競爭力，鎳鈷錳比為5:2:3是常見的。

在動(dòng)力汽車方面，有很多廠家在進(jìn)行試驗(yàn)，提高能量密度的方法，重要是提高單鋰離子電池的工作電壓和新增鎳三種材料的含量，但行業(yè)仍處于發(fā)展階段，沒有批量生產(chǎn)的產(chǎn)品。這重要是因?yàn)槟壳皠?dòng)力鋰電池首先要滿足電池的高安全性、一致性、低成本和長壽命，容量不是首要問題。

三元材料的重要問題是隨著鎳含量的新增，材料的堿度越來越強(qiáng)，對(duì)電池制造技術(shù)和環(huán)境的要求越來越高。同時(shí)，在循環(huán)過程中，材料的熱穩(wěn)定性下降，氧被釋放，導(dǎo)致材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性惡化。在充電狀態(tài)下，鎳的氧化性較強(qiáng)，對(duì)電解液的匹配也提出了更高的要求。因此，三元電極材料在推廣和應(yīng)用上有很大的局限性。