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鋰離子動(dòng)力電池以鋰離子嵌入化合物為正極材料,、以碳素材料為負(fù)極材料,，具有高能量密度,、長(zhǎng)壽命、輕量環(huán)保等優(yōu)勢(shì),。近年來，鋰離子動(dòng)力電池關(guān)鍵核心技術(shù)不斷突破,，電池系統(tǒng)能量密度達(dá)到255Wh/kg,，循環(huán)壽命超過5000次，熱擴(kuò)散時(shí)間提高至大于24小時(shí),，安全性能大大提升,。作為一種新型能源存儲(chǔ)技術(shù)，鋰離子動(dòng)力電池已在電動(dòng)汽車,、電動(dòng)輕型車,、電動(dòng)工具、航空航天等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用,。
鋰離子動(dòng)力電池電芯材料體系
1,、正極材料
正極材料是鋰離子電池最為關(guān)鍵的原材料，鋰電池正極材料上游為鋰,、鈷,、鎳等礦物原材料，結(jié)合導(dǎo)電劑,、粘結(jié)劑等制成前驅(qū)體,。前驅(qū)體經(jīng)過一定工藝合成后制得正極材料，應(yīng)用于不同的領(lǐng)域,。
正極材料是鋰電池電化學(xué)性能的決定性因素,，直接決定電池的能量密度及安全性，進(jìn)而影響電池的綜合性能,。正極材料在鋰電池材料中占比最大,，所占比例45%，主要包括活性材料,、導(dǎo)電劑,、溶劑、粘合劑,、集流體,、添加劑等,，一般可分為鈷酸鋰（LCO）、錳酸鋰（LMO）,、磷酸鐵鋰（LFP）,、三元材料鎳鈷錳酸鋰（NCM）和鎳鈷鋁酸鋰（NCA）等。其中,，磷酸鐵鋰主要應(yīng)用于新能源車及儲(chǔ)能電池市場(chǎng),，三元材料則在新能源乘用車、電動(dòng)自行車和電動(dòng)工具電池市場(chǎng)具有廣泛應(yīng)用,。
2,、負(fù)極材料
負(fù)極材料的性能直接影響動(dòng)力電池，其性能的優(yōu)良相應(yīng)的體現(xiàn)在動(dòng)力電池的關(guān)鍵性能中,，如循環(huán)壽命性能,、膨脹變形問題和倍率性能。按鋰離子電池成本比例,，負(fù)極材料占比鋰電池總成本的25%～28%,。相對(duì)于鋰電池正極材料，負(fù)極材料的研究方興未艾,。
較為理想的負(fù)極材料最少要具備以下7點(diǎn)條件：
a．化學(xué)電位較低,，與正極材料形成較大的電勢(shì)差，從而得到高功率電池,；
b．應(yīng)具備較高的循環(huán)比容量,；
c．在負(fù)極材料中Li+應(yīng)該容易嵌入和脫出，具有較高的庫(kù)倫效率,，以至于在Li+脫嵌過程中可以有較穩(wěn)定的充放電電壓,；
d．有良好的電子電導(dǎo)率和離子電導(dǎo)率；
e．有良好的穩(wěn)定性,，對(duì)電解質(zhì)有一定的兼容性,；
f．對(duì)于材料的來源應(yīng)該資源豐富，價(jià)格低廉,，制造工藝簡(jiǎn)單,；
g．安全、綠色無污染,。
符合以上各個(gè)條件的負(fù)極材料目前基本不存在,，因此研究能量密度高，安全性能好,，價(jià)格便宜,，材料易得的新型負(fù)極材料成為當(dāng)務(wù)之急，這也是現(xiàn)階段鋰電池研究領(lǐng)域的熱門課題。
現(xiàn)階段,，鋰離子電池負(fù)極材料主要有碳材料,、過渡金屬的氧化物、合金材料,、硅材料及其他含硅材料,，含鋰的過渡金屬的氮化物以及鈦酸鋰材料。按照材料的組分,，通�,？梢詫囯姵刎�(fù)極材料分為2大類：碳材料和非碳質(zhì)材料。碳材料負(fù)極進(jìn)一步分類為天然石墨負(fù)極,、人造石墨負(fù)極,、中間相碳微球(MCMB)、軟炭(如焦炭)負(fù)極,、硬炭負(fù)極,、碳納米管、石墨烯,、碳纖維等,；其他非碳負(fù)極材料主要分為硅基及其復(fù)合材料,、氮化物負(fù)極,、錫基材料、鈦酸鋰,、合金材料等,。
3、電解液
電解液是電池中離子傳輸?shù)妮d體,，在鋰電池正,、負(fù)極之間起到傳導(dǎo)離子的作用，是鋰離子電池獲得高電壓,、高比能等優(yōu)點(diǎn)的保證,。電解液一般由高純度的有機(jī)溶劑、電解質(zhì)鋰鹽,、必要的添加劑等原料,，在一定條件下、按一定比例配制而成的,。鋰電池主要使用的電解質(zhì)有高氯酸鋰,、六氟磷酸鋰等。但用高氯酸鋰制成的電池低溫效果不好,，有爆炸的危險(xiǎn),，日本和美國(guó)已禁止使用。而用含氟鋰鹽制成的電池性能好,，無爆炸危險(xiǎn),，適用性強(qiáng),，特別是用六氟磷酸鋰制成的電池，除上述優(yōu)點(diǎn)外,，將來廢棄電池的處理工作相對(duì)簡(jiǎn)單,，對(duì)生態(tài)環(huán)境友好，因此該類電解質(zhì)的市場(chǎng)前景十分廣泛,。
電解液溶劑體系的基本要求是：
a.具備一定極性（高介電常數(shù)）,，以溶解鋰鹽；
b.電化學(xué)窗口寬（電解液的電化學(xué)窗口主要體現(xiàn)為溶劑的電化學(xué)窗口）,，耐正極氧化和負(fù)極還原,；
c.粘度低，便于浸潤(rùn)電極及改善低溫性能,；
d.耐熱,。
4、隔膜
隔膜是鋰離子動(dòng)力電池中非常重要的材料,，位于正極和負(fù)極之間,，起到隔離和防止直接接觸的作用以防止短路和電池失效，對(duì)于電池的性能和安全性至關(guān)重要,。常見的隔膜材料包括聚烯烴（例如聚丙烯）和聚酰亞胺（PI）,。聚烯烴隔膜通常由聚丙烯薄膜制成，具有較高的熱穩(wěn)定性和良好的電解液濕潤(rùn)性能,。而聚酰亞胺隔膜由聚酰亞胺薄膜制成,，具有更高的熱穩(wěn)定性和較低的電解液濕潤(rùn)性能，但更適合用于高溫和高功率應(yīng)用,。
隔膜在鋰離子動(dòng)力電池中具有以下功能：
a.隔離正極和負(fù)極：隔膜可以阻止正極和負(fù)極之間的直接接觸,，從而防止電池短路；
b.離子傳導(dǎo)：隔膜必須具有足夠的孔隙和導(dǎo)電性,，以便鋰離子能夠通過隔膜在正極和負(fù)極之間傳輸,，實(shí)現(xiàn)電池的充放電；
c.電解液的保持：隔膜需要具有一定的孔隙結(jié)構(gòu),，能夠吸附和保持電解液,，以確保正極和負(fù)極之間的離子傳輸順暢。
參考來源：
Engineering發(fā)布2023全球十大工程成就.Engineering工程,、鋰離子動(dòng)力電池技術(shù).
新能源技術(shù)與企管\程冰蕾
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/蘇簡(jiǎn)）
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