《储能材料与器件分析测试技术》课件-锂离子电池结构认知

锂离子电池结构认知01锂离子电池组成四要素02正极03负极04电解液05隔膜01锂离子电池组成四要素一、锂离子电池组成四要素电池结构正极具有层状结构的锂盐和锂的金属氧化物，主要为LiFePO4、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiNixCoyMnzO2

。电解液以有机物为溶剂的锂盐无机锂盐LiBF4、LiPF6、LiAsF6等含氟有机锂盐。负极具有石墨结构的碳材料主要为石墨、非石墨化碳。隔膜只允许锂离子Li+往返通过，阻止电子e-通过，在正负极之间起到绝缘作用。通常由多孔高分子膜组成，主要为聚乙烯PE，聚丙烯PP、PP/PE、PP/PE/PP。02正极二、正极电池正极指电源中电位（电势）较高的一端。锂离子电池的正极材料主要包括LiFePO4、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiNixCoyMnzO2等富锂材料。项目磷酸铁锂锰酸锂钴酸锂镍酸锂镍钴锰三元材料材料主成分LiFePO4LiMn2O4LiMnO2LiCoO2LiNiO2LiNiCoMnO2理论能量密度（mAh/g）170148286274274278实际能量密度（mAh/g）130-140100-120200135-140190-210155-165电压（V）3.2-3.73.8-3.93.4-4.33.62.5-4.13.0-4.5循环性（次）＞2000＞500差＞300差＞800过渡金属非常丰富丰富丰富贫乏丰富贫乏环保性无毒无毒无毒钴有放射性镍有毒钴、镍有毒安全性能好良好良好差差尚好适用温度(℃)-20～75＞50快速衰减高温不稳定-20～55N/A-20～55二、正极正极材料要求具备的特征具有较高的氧化还原点位，使电池输出电压高。Li+在正极材料中大量可逆的嵌入和脱嵌，以使电池有高容量。在嵌锂和脱锂时，结构稳定，以保证良好的循环性能。具有较高的电导率，以使电池大电流充放电性能好。化学稳定性好，不与电解质发生反应。具有较大的扩散系数，便于快速充放电。价格便宜，对环境无污染。LiFePO4

LiCoO203负极三、负极电池负极指电源中电位（电势）较低的一端。锂离子电池的负极材料主要分碳材料和非碳材料两类。碳材料包括人造石墨、天然石墨、中间相碳微球等；非碳材料包括硅基、钛基、锡基、氮化合物等。材料理论容量（mAh/g）加工性能缺点石墨类372优容量低硅基材料4200优体积变化大钛酸锂175优容量低金属锂3860不稳定产生枝晶锡基合金800~900不稳定体积变化大三、负极负极材料要求具备的特征负极氧化还原电位尽可能低，得到高的电池输出电压。Li+能够快速、可逆的嵌入和脱出，以便得到高的容量。Li+嵌入、脱出的可逆性好，主体结构没有或者变化很小，以保证良好的循环性能。具有较高的电导率，能使电池大电流充放电。具有良好的化学稳定性，形成SEI膜后不与电解液反应。Li+嵌入、脱出过程中，电极电位变化尽量小，保持电池电压的平稳。具有较大扩散系数，便于快速充放电。04电解液四、电解液电解液是在有机溶剂中溶有电解质锂盐的离子型导体，是实现锂离子在正负极迁移的媒介，对锂离子电池容量、工作温度、循环效率以及安全性都有重要影响。常见的电解液由溶剂、锂盐、添加剂组成。电解液溶剂锂盐添加剂解离锂盐、提供Li+传输介质：碳酸乙烯酯（EC）、二乙基碳酸酯（DEC）、二甲基碳酸酯（DMC）、乙基甲基碳酸酯（EMC）等提供载流子：Li+（LiBF4、LiPF6、LiAsF6）改善SEI膜性能、防过充、阻燃抑制产气等四、电解液电解液特性要求良好的溶解性和高的离子电导率。电化学稳定的电位范围宽。热稳定性好，工作温度范围宽。化学稳定性好，与集流体及活性物质不反应。价格便宜，无毒，无环境污染。05隔膜五、隔膜材质PPPEPP/PE/PP结构单层单层、双层三层生产方法干法干法、湿法干法优点耐热性好、透过性好机械强度高、低温闭孔（闭孔温度约为130℃）综合了PP、PE膜的优点，机械强度高，安全性能好缺点安全关闭温度（闭孔温度＞140℃）高于PE耐高温性不如PP透过性差常见的隔膜有聚丙烯PP、聚乙烯PE、PP/PE/PP复合膜。隔离正、负极，并使电池内部的电子不能自由穿过。能够让电解液中的离子在正负极间自由通过。隔膜的主要作用：五、隔膜隔膜的性能要求化学稳定性：耐有机溶剂；机械性能：拉伸强度高，穿刺强度高；热稳定性：收缩率低，具有较低的闭孔温度和较高的破膜温度；透过率：透气性好，孔隙率高，孔径分布均匀；表面无静电：不吸尘，易分离；电解液浸润性：与电解液相容性好，吸液率高；均匀性：厚度、透过率