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今天给大家介绍下关于锂离子电池材料的现状和未来发展趋势。
我们知道锂电里所有的材料无非来自于自然界,那首先看一下元素周期表哪些元素能为我们所用呢?
图1
图1a为相关各种元素的价格和在地球上的储量
图1b为相关元素的质量比容量和体积比容量
上面只是让大家对正负极材料相关的元素有一个印象,并不能代表化合物本身的性质和可用性,下面大家再看一个更直观和经典的图表。
图2
a.常见的正极材料电位和克容量值(LFSF-氟化铁酸锂铁,LTS-硫化锂钛)
b.转化型正极材料的电位和克容量值
c.常见的负极材料电位和克容量值
d.所有的正负极材料电位和容量的均值
图3
一般情况下增强电池材料性能的策略如上图3所示:
a.减小活性材料的粒径尺寸:带来更快的离子电子传导率/更高的表面活性/改善机械稳定性
b.形成复合材料:引入导电介质/机械支撑机构
c.掺杂和接枝官能团
d.微调粒子的形态
e.表面包覆
f.对电解质的改性
正极材料
这里主要包括LCO,尖晶石LMO,橄榄石LFP等晶体结构。大多数正极材料研究集中在过渡金属氧化物和聚阴离子化合物上,因为它们具有较高的电压和较高的容量(100-200mAh/g和3-5V平均电压)。图4中(e)给出了这些典型的正极材料充放电曲线。
图4
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