锂离子电池的重要组成:
(1)正极活性物质重要指钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍酸锂、镍钴锰酸锂等,导电集流体一般使用厚度在10--20微米的铝箔;
(2)隔膜一种特殊的塑料膜,可以让锂离子通过,但却是电子的绝缘体,目前重要有PE和PP两种及其组合。还有一类无机固体隔膜,如氧化铝隔膜涂层就是一种无机固体隔膜,;
(3)负极活性物质重要指石墨、钛酸锂、或近似石墨结构的碳材料,导电集流体一般使用厚度在7-15微米的铜箔;
(4)电解液一般为有机体系,如溶解有六氟磷酸锂的碳酸酯类溶剂,另有些聚合物电池使用凝胶状电解液;
(5)电池外壳重要分为硬壳(钢壳、铝壳、镀镍铁壳等)和软包(铝塑膜)两种。
当电池充电时,锂离子从正极中脱嵌,在负极中嵌入,放电时反之。这就要一个电极在组装前处于嵌锂状态,一般选择相对锂而言电位大于3V且在空气中稳定的嵌锂过渡金属氧化物做正极,如LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4。
做为负极的材料则选择电位尽可能接近锂电位的可嵌入锂化合物,如各种碳材料包括天然石墨、合成石墨、碳纤维、中间相小球碳素等和金属氧化物,包括SnO、SnO2、锡复合氧化物SnBxPyOz(x=0.4~0.6,y=0.6~0.4,z=(2+3x+5y)/2)等。
电解质采用LiPF6的乙烯碳酸脂(EC)、丙烯碳酸脂(PC)和低粘度二乙基碳酸脂(DEC)等烷基碳酸脂搭配的混合溶剂体系。
隔膜采用聚烯微多孔膜如PE、PP或它们复合膜,尤其是PP/PE/PP三层隔膜不仅熔点较低,而且具有较高的抗穿刺强度,起到了热保险用途。
锂离子电池的重要分类
(一)、根据锂离子电池所用电解质材料不同,锂离子电池可以分为液态锂离子电池(lithiumionbattery,简称为LIB)和聚合物锂离子电池(polymerlithiumionbattery,简称为LIP)两大类。
(二)、按充电方式可分为:不可充电的及可充电的两类。
(三)、锂离子电池外型分:有方型锂电(如常用的手机电池)和柱形(如18650、18500);
(四)、锂离子电池外包材料分:铝壳锂离子电池,钢壳锂离子电池,软包电池;
(五)、锂离子电池从正负极材料(添加剂)分:钴酸锂(LiCoO2)电池、锰酸锂(LiMn2O4),磷酸铁锂离子电池,一次性二氧化锰锂离子电池
更多分类见下表所列:
分类方式
类别
特点/说明
按照电池外形
圆柱形锂离子电池
目前重要为18650(直径18mm,长度65mm)和26650(直径26mm,长度65mm)两种型号,重要应用于笔记本和电动工具领域
方形锂离子电池
种类较多,重要应用于手机、数码相机等领域
扣式锂离子电池
可满足计算机、摄像机等对高比容量和薄型化的要求
按使用温度
高温锂离子电池
重要应用于特种、航天等领域,民用领域重要是汽车的GPS领域
常温锂离子电池
目前商业化的锂离子电池基本丢只能在-20~45℃范围内工作
按电解质的状态
液态锂离子电池
电解质为有机溶剂+锂盐
聚合物锂离子电池
聚合物的基体重要为HFP-PVDF、PEO、PAN和PMMA等
全固态锂离子电池
还处在实验阶段
按外壳材质
钢壳锂离子电池
密封性较好
铝壳锂离子电池
质量轻
铝塑膜锂离子电池
电池生产工艺简单,电池的质量比能量高
按使用领域
手机锂离子电池
目前市场容量大
数码相机锂离子电池
对电池低温性能要求较高
笔记本电脑锂离子电池
目前以圆柱形为主,随着电脑薄型化的发展,近年来方形电池有取代圆柱形电池的趋势
电动汽车锂离子电池
对电池的各型特性要求最高,目前比较热
按正极材料分类
钴酸锂离子电池
应用最广,振实密度高,比能量高,电压平台稳,但是原来贵,对环境有污染,安全性差
锰酸锂
三维隧道的结构,锂离子可以可逆地从尖晶石晶格中脱嵌,不会引起结构的塌陷,因而具有优异的倍率性能和稳定性。环境友好,但能量密度低、高温性能大
磷酸铁锂离子电池
比表面积大,能量密度高,循环性能好,材料批量化生产很难达到较高的一致性,低温放电性能不好
按负极材料分类
石墨
电导性好,结晶度高,具有良好的层状结构适合Li的脱嵌,容量在300mAh/g以上,充放电效率90%以上,良好的充放电平台
软碳
结晶度低,晶粒尺寸小,与电解液相容性好,输出电压低,无明显充放电平台,不可逆容量较高,基本没商业化
硬碳
Li嵌入不会引起膨胀,又良好的充放电循环性能,较高的比容量,可达到400mAh/g以上,并且低温性能好,是理想的电动汽车电池负极材料,日本已经商业化
钛酸锂
零应变材料,电位较高不会形成锂枝晶,目前研究较热,但由于胀气问题至今未得到大规模应用
硅基
超高的比容量,但由于粉化问题,无法真正使用,仍处于实验室研究阶段