常用鋰電知識問答

05-10

1，目前業界比較公認的鋰電發展路線是什麼？

經過研發人員和工程師的不懈努力，從鉛酸電池、鎳氫電池、鎳鎘電池，走到磷酸鐵鋰電池，再到現在主流的三元電池，每一次的提升，都是一代人的努力，基於提升鋰電池的安全性、能量密度、倍率性能，再結合目前電池研發現狀，總結出了未來鋰電池的一個發展路線。

2020年是多陽離子電極，主要以NCM、NCA複合正極材料，負極以C以及部分硅碳複合為主，能量密度大概300-350wh/kg。

2020-2025年，以全固態鋰離子電池為主，金屬鋰負極或硅碳負極。能量密度400wh/kg，同時開發鈉離子電池，鈉比鋰更加廉價，但比鋰離子大，且存在液態記憶。

2025年後，主要以鋰硫電池-->鋰金屬電池-->>鋰空氣電池發展為主，這類電池，能量密度更高，材料的可取性也越來越方便，但目前存在較多難題，還需要繼續去攻克，鋰硫電池是以硫元素作為電池正極,金屬鋰作為負極的一種鋰電池。單質硫在地球中儲量豐富，具有價格低廉、環境友好等特點。利用硫作為正極材料的鋰硫電池，其材料理論比容量和電池理論比能量較高，分別達到 1675m Ah/g 和2600Wh/kg ，遠遠高於商業上廣泛應用的三元電池。並且硫是一種對環境友好的元素，對環境基本沒有污染，是一種非常有前景的鋰電池；鋰金屬電池，用鋰金屬箔來取代石墨，它可以容納更多的離子，但通常鋰金屬箔與電解質會產生不良反應，從而導致電解質過熱，甚至導致燃燒，這一技術能將當前鋰電池的體積縮小一半，從理論上來說，如果電池體積不變，在搭載鋰金屬電池的情況下，電動汽車的續航里程將提升一倍；鋰空氣電池，是一種用鋰作陽極，以空氣中的氧氣作為陰極反應物的電池。鋰空氣電池比鋰離子電池具有更高的能量密度，因為其陰極(以多孔碳為主)很輕，且氧氣從環境中獲取而不用保存在電池裡，理論上，由於氧氣作為陰極反應物不受限，該電池的容量僅取決於鋰電極，其比能為5.21kWh/kg(包括氧氣質量)，或11.4kWh/kg(不包括氧氣)。

2，能量載體基本要求有哪些？

（1）原子相對質量要小；

（2）得失電子能力要強；

（3）電子轉移比例要高。

3，電池的主要指標有哪些？

（1）容量；（2）能量密度；（3）充放電倍率；（4）電壓；（5）壽命；（6）內阻；（7）自放電；（8）工作溫度範圍。

4，正極材料（LFP、NCM、LiCo等）特性有哪些？

（1）較高的氧化還原反應電位，高輸出電壓；

（2）鋰元素含量高，能量密度高；

（3）化學反應中結構穩定；

（4）電導率高；

（5）化學穩定性和熱穩定性好，不易分解和反應；

（6）價格便宜；

（7）製作工藝相對簡單，適合大規模生產；

（8）對環境友好，污染低。

5，負極材料（Li、C、AL、鈦酸鋰等）特性有哪些？

（1）層狀結構或者隧道結構，利於脫嵌；

（2）結構穩定，良好的充放電可逆性和循環性能；

（3）鋰離子儘可能多的插入和脫嵌；

（4）氧化還原電位低；

（5）首次不可逆放電容量低；

（6）與電解質溶劑相容性較好；

（7）價格低廉，材料易得；

（8）安全性好；

（9）環境友好。

6，提高電池能量密度的途徑通常有哪些？

（1）提高正負極活性物質佔比；

（2）提高正負極材料的比容量（克容量）；

（3）減重瘦身。

7，如何提高鋰離子電池的充放電倍率？

（1）提高正負極的鋰離子擴散能力；

（2）提高電解質的離子電導率；

（3）降低電池內阻（歐姆內阻和極化內阻）。

8，哪些因素影響鋰離子電池的循環壽命？

（1）負極金屬鋰沉積；

（2）正極材料的分解；

（3）SEI的形成和再次消耗；

（4）電解質的影響，主要表現在：總量減少，有雜質存在，水滲入；

（5）隔膜阻塞或破壞；

（6）正負極材料脫落；

（7）外部使用因素。

9，鋰離子電池內部材料反應分解溫度？

（1）SEI膜分解，電解液放熱反應，130℃；

（2）電解質分解，產熱，130℃-250℃；

（3）正極材料分解產生大量氣體和氧，180℃-500℃；

（4）粘結劑和負極活性物質的反應，240℃-290℃。

一般由於過充、大倍率放電、內部短路、外部短路、振動、碰撞、跌落、衝擊等造成短路，產生大量熱和氣體的一個過程。

10，未來最具潛力的幾種鋰電池材料

（1）硅碳複合負極材料，能量密度高，產業化400wh/kg以上，但體積膨脹嚴重，循環差；

（2）鈦酸鋰，循環10000次以上，體積變化＜1%，不形成枝晶，穩定性極好，可快速充電，但價格高，能量密度低，約170wh/kg；

（3）石墨烯，可用於負極材料和正極添加劑，導電性極好，離子傳輸快，首效差，約65%，循環差，價格高；

（4）富鋰錳基電池，能量密度約900wh/kg，原材料豐富，但首效低，安全和循環差，倍率性能偏低；

（5）NCM三元材料，一般在250wh/kg，配上硅碳負極，約在350wh/kg；

（6）CNTs，碳納米管，導電性能優越，優異的熱傳導性；

（7）塗覆隔膜，基膜+PVDF+勃姆石，提高隔膜耐收縮性、熱傳導低，防止全部熱失控；

（8）高電壓電解液，這個就不用說了，隨著能量材料能量密度，電壓也相應提高；

（9）水性粘結劑，出於環境保護和健康。

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